專利名稱：固態(tài)圖像傳感器和圖像讀取方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及固態(tài)圖像傳感器和圖像讀取方法，特別涉及具有4-Tr-像素的固態(tài)圖像傳感器和用于這種圖像傳感器的讀取方法。
背景技術(shù)：
主要由CMOS構(gòu)成的固態(tài)圖像傳感器一般采用稱為APS(有源像素傳感器)的結(jié)構(gòu)，它包括用于將光信號轉(zhuǎn)換成電信號的光電二極管、用于使光電二極管復(fù)位的復(fù)位晶體管、用于將光電二極管的信號電荷轉(zhuǎn)換成電壓以便以電壓形式輸出信號電荷的源極跟隨器晶體管、以及用于連接/選擇像素和信號線的選擇晶體管。由上述三種晶體管構(gòu)成的固態(tài)圖像傳感器，即所謂的3-Tr-像素固態(tài)圖像傳感器例如在參考文獻(xiàn)1(日本公開未審專利申請No.2002-077731)等中有介紹。
據(jù)說具有3-Tr-像素的固態(tài)圖像傳感器具有由于熱噪聲(kTC噪聲)產(chǎn)生的噪聲的缺陷。人們已經(jīng)提出了一種可以除去kTC噪聲的被稱為4-Tr-像素的結(jié)構(gòu)。具有4-Tr-像素的固態(tài)圖像傳感器具有這種結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)還包括在復(fù)位晶體管和光電二極管之間的傳輸晶體管(傳輸柵)，并且在復(fù)位晶體管和傳輸晶體管之間的n型擴(kuò)散層(FD浮置擴(kuò)散)連接到源極跟隨器晶體管的柵極。具有4-Tr-像素的固態(tài)圖像傳感器例如在參考文獻(xiàn)2(日本公開未審專利申請No.2000-201300)、參考文獻(xiàn)3(日本公開未審專利申請No.2000-260971)以及參考文獻(xiàn)4(日本公開未審專利申請No.2001-177765)中有介紹。具有其它像素結(jié)構(gòu)的固態(tài)圖像傳感器例如在參考文獻(xiàn)5(日本公開未審專利申請No.2000-152086)和參考文獻(xiàn)6(美國專利說明書US6005619)中有介紹。
圖62是具有4-Tr-像素的固態(tài)圖像傳感器的電路圖。在圖62中，像素陣列單元100由2×2個單元像素表示。
每個像素由光電二極管PD、傳輸晶體管TG、復(fù)位晶體管RST、源極跟隨器晶體管SF-Tr和選擇晶體管SELECT構(gòu)成。
光電二極管PD的陰極端連接到傳輸晶體管TG的源極端。光電二極管PD的陽極端接地。傳輸晶體管TG的漏極端連接到復(fù)位晶體管RST的源極端和源極跟隨器晶體管SF-Tr的柵極端。用于儲存從光電二極管PD傳輸?shù)碾姾傻碾s質(zhì)擴(kuò)散區(qū)位于如下區(qū)域中，即在該區(qū)域中傳輸晶體管TG的漏極端連接到復(fù)位晶體管RST的源極端和源極跟隨器晶體管SF-Tr的柵極端。下面將該雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)稱為浮置擴(kuò)散FD。源極跟隨器晶體管SF-Tr的源極端連接到選擇晶體管SELECT的漏極端。
在行方向互相相鄰的各個像素連接到傳輸柵(TG)線、復(fù)位(RST)線和選擇線，其中傳輸柵線共同地連接到傳輸晶體管(TG)的柵極端，復(fù)位線共同地連接到復(fù)位晶體管RST的柵極端，選擇線共同地連接到選擇晶體管SELECT的柵極端。
在列方向相互相鄰的各個像素連接到信號讀取線和VR(復(fù)位電壓)線，其中信號讀取線共同地連接到選擇晶體管SELECT的源極端，VR線共同地連接到復(fù)位晶體管RST的漏極端和源極跟隨器晶體管SF-Tr的漏極端。
TG線、RST線和選擇線連接到行選擇電路102。信號讀取線連接到信號讀取/噪聲消除電路104。信號讀取/噪聲消除電路104經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器106連接到輸出電路108。VR線連接到其電壓基本上為源電壓的電源或其電壓在芯片中被降低的電源。
然后，參照圖63介紹圖62中所示的固態(tài)圖像傳感器的圖像讀取方法。圖63是表示固態(tài)圖像傳感器的圖像讀取方法的時序圖。在垂直軸上表示正電壓，在水平軸上表示時間。
在復(fù)位狀態(tài)下，光電二極管PD具有反映復(fù)位電壓VR的前述參考電壓。當(dāng)光入射到光電二極管PD上時，產(chǎn)生電子，并且光電二極管PD的電壓逐漸降低。
然后，當(dāng)復(fù)位信號施加于RST線時，浮置擴(kuò)散FD被復(fù)位，并且浮置擴(kuò)散FD的電壓被穩(wěn)定在前述值。這個電壓施加于源極跟隨器晶體管SF-Tr的柵極端。在這種狀態(tài)下，選擇信號施加于選擇線，并且對應(yīng)復(fù)位電壓VR的電壓-閾值電壓Vth輸出到信號讀取線(VR讀取)。
接著，信號施加于TG線以使傳輸晶體管TG導(dǎo)通，并且儲存在光電二極管中的電子被輸送給浮置擴(kuò)散FD。這樣，浮置擴(kuò)散FD的電壓降低了，同時光電二極管PD的電壓變?yōu)樗^的參考電壓。
浮置擴(kuò)散FD的電壓被降低了，由此該較低的電壓將施加于源極跟隨器晶體管SF-Tr的柵極端。在這種狀態(tài)下，當(dāng)選擇信號再次施加于選擇線時，電壓被降低了對應(yīng)儲存在光電二極管PD中的電子量的電壓變量ΔV，即復(fù)位電壓VR-閾值電壓Vth-該電壓變量ΔV被輸出到信號讀取線(V信號讀取)。
接下來，VR讀取電壓(VR-Vth)和V信號讀取電壓(VR-Vth-ΔV)之間的差由信號讀取/噪聲消除電路102給出，由此給出電壓變量ΔV。這樣，消除了由于閾值電壓變化引起的各個像素的源極跟隨器晶體管SF-Tr的輸出電壓變化，并且可以準(zhǔn)確地讀取對應(yīng)儲存在光電二極管PD中的電子量的電壓變量ΔV。
在各個像素上連續(xù)進(jìn)行一串上述讀取操作，并可以讀取由光電二極管PD檢測的光學(xué)信號。
組成元件比具有3-Tr-像素的固態(tài)圖像傳感器具有更多的4-Tr-像素的固態(tài)圖像傳感器具有生產(chǎn)率低等的問題。從這些方面看，參考文獻(xiàn)4建議信號線由相鄰像素共同使用。參考文獻(xiàn)4中，RST線和選擇線、RST線和TG線、或者TG線和選擇線公共地被相鄰像素使用，用于減少線的數(shù)量和提高產(chǎn)量。
然而，參考文獻(xiàn)4既沒有教導(dǎo)也沒有建議像素的具體布局。在上述圖像讀取方法中，來自每行的光電二極管PD的電荷傳輸?shù)礁≈脭U(kuò)散FD并被讀取。對于其它行依次進(jìn)行這種操作，這經(jīng)常由于行間的檢測時間滯后而產(chǎn)生“偏移”和“失真”。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種具有4-Tr-像素的固態(tài)圖像傳感器，該傳感器具有布置互連層的高自由度，并且，能很容易地增加光電二極管和復(fù)制擴(kuò)散區(qū)的面積。
本發(fā)明的另一目的是提供一種具有4-Tr-像素的固態(tài)圖像傳感器和圖像讀取方法，可以在不產(chǎn)生“偏移”和“失真”的情況下獲得良好圖像。
根據(jù)本發(fā)明的一個方案，提供一種固態(tài)圖像傳感器，其包括在行方向和列方向排列的多個像素單元，每個像素單元包括光電轉(zhuǎn)換器、用于傳輸由光電轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的信號的第一晶體管、用于放大該信號的第二晶體管、用于使第二晶體管的輸入端復(fù)位的第三晶體管、以及用于讀取由第二晶體管輸出的信號的第四晶體管；在行方向延伸的多個第一信號線，每個第一信號線連接到在行方向排列的像素單元的第一晶體管的柵極；和在行方向延伸的多個第二信號線，每個第二信號線連接到在行方向排列的像素單元的第四晶體管的柵極，連接到第n行的像素單元的第一晶體管的柵極的第一信號線和連接到第n+1行像素單元的第四晶體管的柵極的第二信號線由公共信號線形成，并在互相對應(yīng)的第n行和第n+1行像素單元的每對中，第n行像素單元的第一晶體管的柵極和第n+1行像素單元的第四晶體管的柵極在同一導(dǎo)電層中形成為一個連續(xù)圖形。
根據(jù)本發(fā)明的另一方案，提供一種固態(tài)圖像傳感器，它包括在行方向和列方向排列的多個像素單元，每個像素單元包括光電轉(zhuǎn)換器、用于傳輸由光電轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的信號的第一晶體管、用于放大信號的第二晶體管、用于使第二晶體管的輸入端復(fù)位的第三晶體管、以及用于讀取由第二晶體管輸出的信號的第四晶體管；在行方向延伸的多個第一信號線，每個第一信號線連接到在行方向排列的像素單元的第三晶體管的柵極；和在行方向延伸的多個第二信號線，每個第二信號線連接到在行方向排列的像素單元的第四晶體管的柵極，連接到第n行的像素單元的第三晶體管的柵極的第一信號線和連接到第n+1行像素單元的第四晶體管的柵極的第二信號線由公共信號線形成，并處于互相對應(yīng)的第n行和第n+1行像素單元的每對中，第n行像素單元的第三晶體管的柵極和第n+1行像素單元的第四晶體管的柵極在同一導(dǎo)電層中形成為一個連續(xù)圖形。
根據(jù)本發(fā)明的另一方案，提供一種固態(tài)圖像傳感器，它包括在行方向和列方向排列的多個像素單元，每個像素單元包括光電轉(zhuǎn)換器、用于傳輸由光電轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的信號的第一晶體管、用于放大該信號的第二晶體管、用于使第二晶體管的輸入端復(fù)位的第三晶體管、以及用于讀取由第二晶體管輸出的信號的第四晶體管；在行方向延伸的多個第一信號線，每個第一信號線連接到在行方向排列的像素單元的第一晶體管的柵極；和在行方向延伸的多個第二信號線，每個第二信號線連接到在行方向排列的像素單元的第三晶體管的柵極，連接到第n行的像素單元的第一晶體管的柵極的第一信號線和連接到第n+1行像素單元的第三晶體管的柵極的第二信號線由公共信號線形成，并處于互相對應(yīng)的第n行和第n+1行像素單元的每對中，第n行像素單元的第一晶體管的柵極和第n+1行像素單元的第三晶體管的柵極在同一導(dǎo)電層中形成為一個連續(xù)圖形。
根據(jù)本發(fā)明的再一方案，提供一種固態(tài)圖像傳感器，它包括在行方向和列方向排列的多個像素單元，每個像素單元包括光電轉(zhuǎn)換器、用于傳輸由光電轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的信號的第一晶體管、用于放大該信號的第二晶體管、用于使第二晶體管的輸入端復(fù)位的第三晶體管、以及用于讀取由第二晶體管輸出的信號的第四晶體管，光電轉(zhuǎn)換器和第一晶體管在列方向互相相鄰，第二晶體管、第三晶體管和第四晶體管在列方向互相相鄰，第一晶體管的柵極、第二晶體管的柵極、第三晶體管的柵極和第四晶體管的柵極在行方向延伸，和互相相對對角地形成第一區(qū)域和第二區(qū)域，其中光電轉(zhuǎn)換器和第一晶體管形成在第一區(qū)域中，第二到第四晶體管形成在第二區(qū)域中。
根據(jù)本發(fā)明的又一方案，提供一種用于固態(tài)圖像傳感器的圖像讀取方法，該固態(tài)圖像傳感器包括在行方向和列方向排列的多個像素單元，每個像素單元包括光電轉(zhuǎn)換器、用于傳輸由光電轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的信號的第一晶體管、用于放大信號的第二晶體管、用于使第二晶體管的輸入端復(fù)位的第三晶體管、以及用于讀取由第二晶體管輸出的信號的第四晶體管；在行方向延伸的多個第一信號線，每個第一信號線連接到在行方向排列的像素單元的第一晶體管的柵極；和在行方向延伸的多個第二信號線，每個第二信號線連接到在行方向排列的像素單元的第四晶體管的柵極，連接到第n行的像素單元的第一晶體管的柵極的第一信號線和連接到第n+1行像素單元的第四晶體管的柵極的第二信號線由公共信號線形成，該方法包括使所有行中的光電轉(zhuǎn)換器和第二晶體管全部復(fù)位；光檢測時間周期之后，在所有行中將來自光電轉(zhuǎn)換器的電荷經(jīng)第一晶體管全部傳輸給第二晶體管的柵極端；和在每個行中讀取信號和讀取復(fù)位電壓。
根據(jù)本發(fā)明的再一方案，提供一種用于固態(tài)圖像傳感器的圖像讀取方法，該固態(tài)圖像傳感器包括在行方向和列方向排列的多個像素單元，每個像素單元包括光電轉(zhuǎn)換器、用于傳輸由光電轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的信號的第一晶體管、用于放大信號的第二晶體管、用于使第二晶體管的輸入端復(fù)位的第三晶體管、以及用于讀取由第二晶體管輸出的信號的第四晶體管；在行方向延伸的多個第一信號線，每個第一信號線連接到在行方向排列的像素單元的第三晶體管的柵極；和在行方向延伸的多個第二信號線，每個第二信號線連接到在行方向排列的像素單元的第四晶體管的柵極，連接到第n行的像素單元的第三晶體管的柵極的第一信號線，和連接到第n+1行像素單元的第四晶體管的柵極的第二信號線由公共信號線形成，該方法包括步驟使所有行中的光電轉(zhuǎn)換器和第二晶體管全部復(fù)位；光檢測時間周期之后，在所有行中將來自光電轉(zhuǎn)換器的電荷經(jīng)第一晶體管全部傳輸給第二晶體管的柵極端；和在每個行中讀取信號和讀取復(fù)位電壓。
根據(jù)本發(fā)明的又一方案，提供一種用于固態(tài)圖像傳感器的圖像讀取方法，該固態(tài)圖像傳感器包括在行方向和列方向排列的多個像素單元，每個像素單元包括光電轉(zhuǎn)換器、用于傳輸由光電轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的信號的第一晶體管、用于放大該信號的第二晶體管、用于使第二晶體管的輸入端復(fù)位的第三晶體管、以及用于讀取由第二晶體管輸出的信號的第四晶體管；在行方向延伸的多個第一信號線，每個第一信號線連接到在行方向排列的像素單元的第三晶體管的柵極；和在行方向延伸的多個第二信號線，每個第二信號線連接到在行方向排列的像素單元的第四晶體管的柵極，連接到第n行的像素單元的第三晶體管的柵極的第一信號線和連接到第n+1行像素單元的第四晶體管的柵極的第二信號線由公共信號線形成，該方法包括步驟使所有行中的光電轉(zhuǎn)換器和第二晶體管全部復(fù)位；光檢測時間周期之后，在所有行中將來自光電轉(zhuǎn)換器的電荷經(jīng)第一晶體管全部傳輸給第二晶體管的柵極端；和讀取信號和讀取比每行中的第一復(fù)位電壓高的復(fù)位電壓。
在根據(jù)本發(fā)明的固態(tài)圖像傳感器中，傳輸晶體管的任何兩個柵極、復(fù)位晶體管的柵極和選擇晶體管的柵極由相同導(dǎo)電層的一個連續(xù)圖形形成，由此給金屬互連層的布局提供裕度。相應(yīng)地，可以有效地屏蔽浮置擴(kuò)散區(qū)使其不被光照射。此外，可以給面積提供裕度。因而，浮置擴(kuò)散區(qū)可以具有增加的面積，以便可以在不減少浮置擴(kuò)散FD電容的情況下減小浮置擴(kuò)散FD的PN結(jié)的電場，由此可以降低結(jié)泄漏。傳輸晶體管可以具有增加的柵極寬度。
共同地連接到柵極的信號線可以由柵極互連形成，因此金屬互連層的布置可以具有裕度?？梢詫ｉT采用第三金屬互連層作為光屏蔽膜，由此可以進(jìn)一步有效地進(jìn)行浮置擴(kuò)散區(qū)的光屏蔽。
根據(jù)本發(fā)明的上述固態(tài)圖像傳感器在光屏蔽浮置擴(kuò)散區(qū)上特別優(yōu)異并可以通過全光柵(shutter)模式讀取圖像。因而，通過采用全光柵模式的圖像讀取模式可以提供沒有“偏移”和“失真”的良好圖像。


圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的固態(tài)圖像傳感器的電路圖。
圖2-5是表示根據(jù)本發(fā)明第一實施例的固態(tài)圖像傳感器結(jié)構(gòu)的平面圖。
圖6A和6B是用于根據(jù)本發(fā)明第一實施例的固態(tài)圖像傳感器的圖像讀取方法的時序圖。
圖7A-7C和8是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的固態(tài)圖像傳感器在制造固態(tài)圖像傳感器的方法的步驟中的剖視圖，表示該方法。
圖9-12是表示根據(jù)本發(fā)明第二實施例的固態(tài)圖像傳感器結(jié)構(gòu)的平面圖。
圖13-16是表示根據(jù)本發(fā)明第三實施例的固態(tài)圖像傳感器結(jié)構(gòu)的平面圖。
圖17是表示根據(jù)本發(fā)明第三實施例的改型的固態(tài)圖像傳感器結(jié)構(gòu)的平面圖。
圖18-21是表示根據(jù)本發(fā)明第四實施例的固態(tài)圖像傳感器結(jié)構(gòu)的平面圖。
圖22-25是表示根據(jù)本發(fā)明第五實施例的固態(tài)圖像傳感器結(jié)構(gòu)的平面圖。
圖26-29是表示根據(jù)本發(fā)明第六實施例的固態(tài)圖像傳感器結(jié)構(gòu)的平面圖。
圖30A-30C是根據(jù)本發(fā)明第六實施例的固態(tài)圖像傳感器在制造固態(tài)圖像傳感器的方法的步驟中的剖視圖，表示該方法。
圖31是表示根據(jù)本發(fā)明第六實施例的改型的固態(tài)圖像傳感器結(jié)構(gòu)的平面圖。
圖32-35是表示根據(jù)本發(fā)明第七實施例的固態(tài)圖像傳感器結(jié)構(gòu)的平面圖。
圖36-39是表示根據(jù)本發(fā)明第八實施例的固態(tài)圖像傳感器結(jié)構(gòu)的平面圖。
圖40是根據(jù)本發(fā)明第九實施例的固態(tài)圖像傳感器的電路圖。
圖41-44是表示根據(jù)本發(fā)明第九實施例的固態(tài)圖像傳感器結(jié)構(gòu)的平面圖。
圖45A和45B是用于根據(jù)本發(fā)明第九實施例的固態(tài)圖像傳感器圖像讀取方法的時序圖。
圖46-49是表示根據(jù)本發(fā)明第十實施例的固態(tài)圖像傳感器結(jié)構(gòu)的平面圖。
圖50-53是表示根據(jù)本發(fā)明第十一實施例的固態(tài)圖像傳感器結(jié)構(gòu)的平面圖。
圖54-57是表示根據(jù)本發(fā)明第十二實施例的固態(tài)圖像傳感器結(jié)構(gòu)的平面圖。
圖58-61是根據(jù)本發(fā)明第十三實施例的固態(tài)圖像傳感器結(jié)構(gòu)的平面圖。
圖62是常規(guī)固態(tài)圖像傳感器的電路圖。
圖63是常規(guī)固態(tài)圖像傳感器的圖像讀取方法的時序圖。
具體實施例方式下面參照圖1-8介紹根據(jù)本發(fā)明第一實施例的固態(tài)圖像傳感器。
圖1是根據(jù)本例的固態(tài)圖像傳感器的電路圖。圖2-5是表示根據(jù)本發(fā)明第一實施例的固態(tài)圖像傳感器結(jié)構(gòu)的平面圖。圖6A和6B是解釋根據(jù)本例的固態(tài)圖像傳感器的圖像讀取方法的時序圖。圖7A-7C和8是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的固態(tài)圖像傳感器在制造固態(tài)圖像傳感器的方法的步驟中的剖視圖，表示該方法。
首先，參照圖1-5介紹根據(jù)本例的固態(tài)圖像傳感器的結(jié)構(gòu)。圖1是根據(jù)本例的固態(tài)圖像傳感器的電路圖。在圖1中，像素陣列單元10由2×2單元像素表示。
每個像素包括光電二極管PD、傳輸晶體管TG、復(fù)位晶體管RST、源極跟隨器晶體管SF-Tr和選擇晶體管SELECT。就是說，本例的固態(tài)圖像傳感器是具有4-Tr-像素的固態(tài)圖像傳感器。
傳輸晶體管TG的源極端連接到光電二極管PD的陰極端。光電二極管PD的陽極端接地。傳輸晶體管TG的漏極連接到復(fù)位晶體管RST的源極端和源極跟隨器晶體管SF-Tr的柵極端。源極跟隨器晶體管SF-Tr的源極端連接到選擇晶體管SELECT的漏極端。
在行方向相互相鄰的各個像素連接到復(fù)位(RST)線，該復(fù)位線共同地連接復(fù)位晶體管RST的柵極端。這些各自的像素連接到選擇/TG線，該選擇TG線共同地連接第n行像素的傳輸晶體管TG的柵極端和第n+1行像素的選擇晶體管SELECT的柵極端。
在列方向相互相鄰的各個像素連接到信號讀取線和VR(復(fù)位電壓)線，信號讀取線共同地連接選擇晶體管SELECT的源極端，VR(復(fù)位電壓)線共同地連接復(fù)位晶體管RST的漏極端和源極跟隨器晶體管SF-Tr的漏極端。
RST線和選擇/TG線連接到行選擇電路12。信號讀取線連接到信號讀取/噪聲取消器電路14。輸出電路18經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器16連接到信號讀取/噪聲取消器電路14。VR線連接到基本上是源電壓的電源，或在芯片中從源電壓降低的電壓的電源。
如上所述，在根據(jù)本例的固態(tài)圖像傳感器中，共同地連接位于第n行的各個像素的傳輸晶體管TG的柵極端的TG線和共同地連接位于第n+1行的各個像素的選擇晶體管SELECT的柵極端的選擇線由公共信號線(選擇/TG線)形成。
接著，參照圖2-5介紹形成圖1中所示的電路的具體結(jié)構(gòu)。圖2是在像素陣列單元中有源區(qū)和柵極互連的布局的平面圖。圖3是在像素陣列單元中第一金屬互連的布局的平面圖。圖4是在像素陣列單元中第二金屬互連的布局的平面圖。圖5是在像素陣列單元中第三金屬互連的布局的平面圖。
如圖2所示，由器件隔離膜22在硅襯底20中限定有源區(qū)。每個有源區(qū)具有作為用于光電二極管的區(qū)域的寬矩形區(qū)域和連接到光電二極管區(qū)域的基本拖架形區(qū)域。
在有源區(qū)上面橋接形成四個柵極28。這些柵極28從光電二極管PD的一側(cè)分別為傳輸晶體管TG的柵極28TG、復(fù)位晶體管RST的柵極28RST、源極跟隨器晶體管SF-Tr的柵極28SF和選擇晶體管SELECT的柵極28SEL。柵極28TG形成在連續(xù)到在列方向互相相鄰的像素的柵極28SEL的一個圖形中。柵極28TG和山柵極28RST之間的有源區(qū)是浮置擴(kuò)散FD。
如圖3所示，第一金屬互連層50包括經(jīng)接觸栓48a連接到柵極28TG和柵極28SEL的選擇/TG線50a、經(jīng)接觸栓48b、48c互連浮置擴(kuò)散FD和柵極28SF的互連層50b、分別經(jīng)接觸栓48d、48e、48f連接到柵極28RST、復(fù)位晶體管RST和源極跟隨器晶體管SF-Tr的漏區(qū)以及選擇晶體管SELECT的源區(qū)的輸出線50c、50d、50e。
如圖4所示，第二金屬互連層56包括經(jīng)接觸栓54a電連接到復(fù)位晶體管RST和源極跟隨器晶體管SF-Tr的漏區(qū)的VR線56a，經(jīng)接觸栓54b電連接到選擇晶體管SELECT的源區(qū)的信號讀取線56b，以及經(jīng)接觸栓54c電連接到柵極28RST的輸出線56c。
如圖5所示，第三金屬互連層62包括經(jīng)接觸栓60a電連接到柵極28RST的RST線62a。
如上所述，根據(jù)本例的固態(tài)圖像傳感器的主要特征在于，位于第n行的像素的傳輸晶體管TG的柵極28TG和位于第n+1行的像素的選擇晶體管SELECT的柵極28SEL形成在一個圖形中，并且選擇/TG線50a由第一金屬互連層50形成，VR線56a和信號讀取線56b由第二金屬互連層56形成，并且RST線62a由第三金屬互連層62形成。
這樣，甚至在選擇線和TG線由公共互連層形成的情況下，互相隔開形成的柵極28TG和柵極28SEL不必由金屬互連參互連?？梢允∪ネㄟ^其連接到下層的一個接觸孔的第一金屬互連層50，這給金屬互連層的布局提供寬裕的裕度。
因而，給面積提供裕度，并且可以給浮置擴(kuò)散FD分配足夠的面積。具有足夠大面積的浮置擴(kuò)散FD可具有良好的降低的濃度，由此減輕電場，因而可以降低結(jié)泄漏。傳輸晶體管TG的柵極寬度可以增大，由此傳輸晶體管TG可以具有小偏移的特性，并且從光電二極管輸送到浮置擴(kuò)散FD的電荷可以是穩(wěn)定的。
只有RST線62a可由第三金屬互連層62形成，由此該圖形在浮置擴(kuò)散FD上較厚，用于足夠地遮蔽浮置擴(kuò)散FD。遮蔽浮置擴(kuò)散FD的必要性將在后面介紹。
下面參照圖6介紹根據(jù)本例的用于固態(tài)圖像傳感器的圖像讀取方法。在本例中，圖像讀取方法將介紹稱為全光柵模式的圖像讀取方法。在全光柵模式中，在像素之間沒有產(chǎn)生光電檢測時間差，如在滾動光柵模式中那樣，并相應(yīng)地可以獲得沒有“偏移”和“失真”的圖像。根據(jù)本例的固態(tài)圖像傳感器可用于例如在參考文獻(xiàn)4中所述的滾動光柵模式。
圖6A和6B是用于根據(jù)本例的固態(tài)圖像傳感器的圖像讀取方法的時序圖。圖6A是第n+1行的像素的時序圖。圖6B是第n行像素的時序圖。在各個時序圖中，垂直軸表示正電壓，水平軸表示時間。
首先，給所有行的RST線和選擇/TG線施加信號，以便使所有行的光電二極管PD和浮置擴(kuò)散FD全部復(fù)位。這樣，光電二極管PD和浮置擴(kuò)散FD復(fù)位，并且它們的電壓增加到規(guī)定值。
然后，斷開選擇/TG線，和通過光電二極管開始進(jìn)行光電檢測。在光電二極管PD中產(chǎn)生電子，并且光電二極管PD的電壓逐漸降低。
接著，復(fù)位信號施加于所有行的RST線，并且浮置擴(kuò)散FD單獨地全部復(fù)位。當(dāng)復(fù)位信號施加于RST線時，浮置擴(kuò)散FD復(fù)位，并且浮置擴(kuò)散FD的電壓規(guī)定值穩(wěn)定，并反映復(fù)位電壓VR。
接下來，所有行的選擇/TG線導(dǎo)通，以便將光電二極管PD中的電荷轉(zhuǎn)移給浮置擴(kuò)散FD。這樣，浮置擴(kuò)散FD的電壓降低的量對應(yīng)被轉(zhuǎn)移的電荷。此時，選擇晶體管SELECT以及傳輸晶體管TG導(dǎo)通，并優(yōu)選信號讀取線與外圍讀取電路切斷，處于高阻抗之下。
然后，在第一行上首先依次進(jìn)行讀取操作。在本例中，首先在第n行上進(jìn)行讀取操作，然后在第n+1行上進(jìn)行讀取操作。
首先，為了讀取第n行，將選擇信號施加于第n行的選擇/TG線。被降低了對應(yīng)儲存在光電二極管PD中的電子量的電壓變量ΔV的電壓，即對應(yīng)(復(fù)位電壓VR)-(閾值電壓Vth)-(電壓變量ΔV)的電壓輸出給信號讀取線(V信號讀取)。
然后，復(fù)位信號施加于第n個RST線，并且浮置擴(kuò)散FD復(fù)位。浮置擴(kuò)散FD的電壓在反映復(fù)位電壓VR的規(guī)定電壓穩(wěn)定。該電壓施加于源極跟隨器晶體管SF-Tr的柵極端。
在這種狀態(tài)下，選擇信號施加于第n行的選擇線，對應(yīng)(復(fù)位電壓VR)-(閾值電壓Vth)-(電壓變量ΔV)的電壓被輸出到信號讀取線(VR線)。
然后，VR讀取電壓(VR-Vth)和V信號讀取電壓(VR-Vth-ΔV)之間的差由信號讀取/噪聲取消電路12給定，并給出電壓變量ΔV。這樣，對于第n行的像素來說，由于各個像素的源極跟隨器晶體管SF-Tr的閾值電壓變量而消除了輸出電壓變化，由此可以準(zhǔn)確地讀取對應(yīng)被光電二極管PD儲存的電子的電壓變量ΔV。
然后，為讀取第n+1行，將選擇信號施加于第n+1行的選擇/TG線。這樣，被降低了對應(yīng)儲存在光電二極管PD中的電子量的電壓變量ΔV的電壓，即對應(yīng)(復(fù)位電壓VR)-(閾值電壓Vth)-(電壓變量ΔV)的電壓輸出給信號讀取線(V信號讀取)。
此時，第n行的傳輸晶體管導(dǎo)通，并且電荷從光電二極管PD傳輸給浮置擴(kuò)散FD。在沒有任何不便的情況下，在下一圖像檢測之前進(jìn)行上述全復(fù)位。
然后，復(fù)位信號施加于第n+1行的RST線，并使浮置擴(kuò)散FD復(fù)位。浮置擴(kuò)散FD的電壓在反映復(fù)位電壓VR的規(guī)定值穩(wěn)定。該電壓施加于源極跟隨器晶體管SF-Tr的柵極端。
在這種狀態(tài)下，選擇信號施加于第n+1行的選擇線，對應(yīng)(復(fù)位電壓VR)-(閾值電壓Vth)-(電壓變量ΔV)的電壓被輸出到信號讀取線(VR線)。
然后，VR讀取電壓(VR-Vth)和V信號電壓(VR-Vth-ΔV)之間的差輸出到信號讀取線，以便給出電壓變量ΔV。這樣，對于第n+1行的像素，由于閾值電壓的變化而取消了各個像素的源極跟隨器晶體管SF-Tr的輸出電壓變化，由此可以準(zhǔn)確地讀取對應(yīng)被光電二極管PD儲存的電子的電壓變量ΔV。
在各個像素上依次進(jìn)行上述一串讀取操作，由此可以為所有像素讀取由光電二極管PD檢測的光學(xué)信號。
在上述全光柵模式中，被各個像素的光電二極管儲存的電荷全部傳輸給浮置擴(kuò)散FD，并依次讀取各個像素的浮置擴(kuò)散FD的電荷，使浮置擴(kuò)散FD保存電荷的時間延長10’S msec。相應(yīng)地，用金屬互連層覆蓋浮置擴(kuò)散FD是非常重要的，以便在備用時間期間由于光電檢測使電荷量由浮置擴(kuò)散FD保持，直到禁止讀取為止。
如上所述，在根據(jù)本例的固態(tài)圖像傳感器中，在一個圖形中形成第n行像素的傳輸晶體管TG的柵極28TG和第n+1行像素的選擇晶體管TG的柵極28SEL，這給上部金屬互連層的布局提供自由度。相應(yīng)地，第三金屬互連層可以只形成RST線，并且第三金屬互連層還可具有作為光屏蔽膜的功能。這樣，浮置擴(kuò)散FD可以被充分光屏蔽，并且對于采用全光柵模式非常有效。
然后，下面參照圖7A-7C和8介紹用于制造固態(tài)圖像傳感器的方法。圖7A-7C和8是沿著圖2的線A-A’截取的剖視圖。為了參考起見，在各個剖面圖的一側(cè)示出了用于將在其中形成的外圍電路晶體管的區(qū)域。
首先，用與普通半導(dǎo)體器件制造工藝相同的方式在硅襯底20上形成例如約250-350nm厚的器件隔離膜22，由此在像素區(qū)中形成圖2中所示的基本上是托架狀圖形的有源區(qū)。在圖2中，器件隔離膜22具有由LOCOS(硅的局部氧化)方法形成的形狀，但是可以通過STI(淺溝槽隔離)方法形成。
然后，在硅襯底20中形成規(guī)定的阱區(qū)(未示出)。在其中將要形成n型晶體管的像素陣列區(qū)中，采用p型襯底，或者形成p阱。
接著，在由器件隔離膜22限定的有源區(qū)上通過熱氧化形成例如厚度約為3-8nm的柵極絕緣膜24。
然后，例如通過CVD法，依次淀積摻雜磷的例如50-100nm(中心條件50nm)厚的多晶硅膜、例如100-200nm厚(中心條件150nm)的硅化鎢膜、以及例如100-200nm(中心條件150nm)厚的氧化硅膜。
接著，通過光刻和干刻蝕對氧化硅膜、硅化鎢膜和多晶硅膜進(jìn)行構(gòu)圖，以便形成具有用氧化硅膜26覆蓋的上表面的多晶硅硅化物(polycide)結(jié)構(gòu)的柵極28。此時，在一個圖形中形成傳輸晶體管TG的柵極28TG，其中該一個圖形連續(xù)到在列方向相互相鄰的像素的選擇晶體管SELECT的柵極28SEL。
然后，用柵極28做掩模，例如將磷離子以10-30keV的加速能(中心條件20keV)注入到2×1013到1×1014cm-2(中心條件4×1013cm-2)的劑量，以便形成將成為n型晶體管的LDD區(qū)的雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)30。
接下來，在將要形成光電二極管PD的區(qū)域中，例如將磷離子以20-200keV的加速能(中心條件80keV)注入到1×1012到5×1013cm-2(中心條件1×1012cm-2)的劑量，以便形成掩埋n型擴(kuò)散層32。器件隔離膜22和掩埋n型擴(kuò)散層32互相隔開0.2μm。另一方面，掩埋n型擴(kuò)散層32是通過與傳輸晶體管的柵極28TG進(jìn)行自對準(zhǔn)形成的。
在需要具有小的結(jié)泄漏的浮置擴(kuò)散FD中，作為其中將要形成光電二極管PD的區(qū)域，可形成掩埋n型擴(kuò)散層32。為了進(jìn)一步降低浮置擴(kuò)散FD的結(jié)泄漏，例如，可以在10-30keV的加速能和1×1014到5×1015cm-2劑量的高濃度的條件下注入磷離子。
然后，在將要形成光電二極管的區(qū)域中，例如，以5-10keV的加速能注入劑量為1×1013到1×1014cm-2的硼離子，或者以30keV的加速能注入劑量為1×1013到1×1014cm-2的BF2，以便在將要形成光電二極管的區(qū)域的表面?zhèn)戎行纬蓀+擴(kuò)散層34(圖7A)。p+擴(kuò)散層34可以與將成為p型晶體管的LDD區(qū)的雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)(未示出)同時形成。
然后，例如通過CVD法形成例如50-150nm(中心條件100nm)厚的氧化硅膜36。
接著，通過光刻形成用于覆蓋光電二極管區(qū)域和浮置擴(kuò)散區(qū)的掩模(未示出)，然后各向異性刻蝕氧化硅膜36。這樣，在柵極28的側(cè)壁上形成氧化硅膜36的側(cè)壁絕緣膜38，同時在光電二極管區(qū)域和浮置擴(kuò)散區(qū)中留下氧化硅膜36。
然后，利用柵極28、氧化硅膜36和側(cè)壁絕緣膜38作掩模，例如將磷離子以10-30keV的加速能(中心條件20keV)注入1-5×1015cm-2(中心條件2×1015cm-2)的劑量，以便形成將成為n型晶體管的源/漏區(qū)的高摻雜雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)40。
在用于將要形成p型晶體管的區(qū)域(未示出)中，例如，將硼離子以5-10keV的加速能(中心條件7keV)注入1-5×1015cm-2(中心條件2×1015cm-2)的劑量，以便形成將成為p型晶體管的源/漏區(qū)的高摻雜雜質(zhì)擴(kuò)散區(qū)(未示出)。
接著，通過例如濺射法淀積鈦膜或鈷膜，然后進(jìn)行RTA(快速熱退火)處理，并且除去鈦膜或鈷膜中未反應(yīng)的部分，以便在硅暴露在該表面上的區(qū)域上選擇形成金屬硅化膜42。此時，在氧化硅膜36形成在其中的光電二極管區(qū)域和浮置擴(kuò)散區(qū)上不形成金屬硅化物42(圖7B)。
然后，例如通過等離子體CVD法，淀積例如50-200nm厚的氮化硅膜(或氮氧化硅膜)44和例如700-1500nm(中心條件1000nm)厚的氧化硅膜46。
接著，通過例如CMP(化學(xué)機械拋光)法拋光氧化硅膜46的表面，以便平整氧化硅膜46。
然后，通過光刻和干刻蝕，在氧化硅膜46中和氮化硅膜44中形成接觸孔46，向下直到形成在源/漏擴(kuò)散層上的柵極28或金屬硅化物42為止。
然后，例如通過CVD法，淀積例如10-50nm厚的鈦膜、例如10-100nm的氮化鈦膜、以及例如100-800nm厚的鎢膜，然后進(jìn)行拋光，直到露出氧化硅膜46為止，由此形成掩埋在接觸孔46中的接觸栓48(圖7C)。
接著，通過例如濺射法在具有掩埋在其中的接觸栓48的氧化硅膜46上淀積400-1000nm厚的鋁合金，并構(gòu)圖形成第一金屬互連層50。
然后，重復(fù)層間絕緣膜的淀積、通孔的形成和互連層的形成，以便形成經(jīng)掩埋在層間絕緣膜52中的接觸栓54連接到第一金屬互連層的第二金屬互連層56以及經(jīng)掩埋在層間絕緣膜58中的接觸栓60連接到第二金屬互連層56的第三金屬互連層62(圖8)。
如上所述，根據(jù)本例，傳輸晶體管的柵極和選擇晶體管的柵極形成在一個連續(xù)圖形中，由此可以省去用于將第一金屬互連層連接到下層的一個接觸孔。這樣，金屬互連層的布局可以具有裕度。面積可以具有裕度，這就允許浮置擴(kuò)散區(qū)具有更大的面積，可以在不降低總浮置擴(kuò)散FD電容的情況下減小浮置擴(kuò)散FD的PN結(jié)的電場，并降低了結(jié)泄漏。傳輸晶體管可以具有大柵極寬度。
只形成RST線的第三金屬互連層可用做屏蔽浮置擴(kuò)散區(qū)的光屏蔽膜。相應(yīng)地，甚至在通過全光柵模式進(jìn)行讀取時，也可以獲得沒有“偏移”和“失真”的良好圖像。
此外，根據(jù)本例的其中選擇線和TG線為公共的固態(tài)圖像傳感器在全光柵操作時具有下列優(yōu)點。在圖63中所示的滾動光柵操作中，當(dāng)在讀取每個第n行時電荷從光電二極管PD傳輸?shù)礁≈脭U(kuò)散FD時，第n+1行的選擇線也導(dǎo)通，以便將信號讀取線與第n+1行的像素導(dǎo)通。此外，在讀取每個第n行時都產(chǎn)生這種狀態(tài)，并對于每次圖像檢測，允許對應(yīng)行數(shù)量的過量電流流過。另一方面，在全光柵模式中，其中所有的TG線(相鄰行的選擇線)都全部被導(dǎo)通，只在全復(fù)位和全電荷轉(zhuǎn)移(電荷從光電二極管PD轉(zhuǎn)移到浮置擴(kuò)散FD)時兩次產(chǎn)生過量電流。這樣，全光柵模式是具有如下優(yōu)點的讀取系統(tǒng)，即通過選擇線和TG線互相公用可以使過量電流變小。
下面參照圖9-12介紹根據(jù)本發(fā)明第二實施例的固態(tài)圖像傳感器。
圖9-12是表示根據(jù)本例的固態(tài)圖像傳感器結(jié)構(gòu)的平面圖。為了避免重復(fù)或簡化說明，本例中與圖1中所示的根據(jù)第一實施例的固態(tài)圖像傳感器中相同的部件用相同的參考標(biāo)記表示。
根據(jù)本例的固態(tài)圖像傳感器與根據(jù)第一實施例的固態(tài)圖像傳感器在電路圖、操作和制造方法上相同，除了各個層的平面布局與根據(jù)第一實施例的固態(tài)圖像傳感器的平面布局不同之外。就是說，在根據(jù)本例的固態(tài)圖像傳感器中，公共地連接到第n行的各個像素的傳輸晶體管TG的柵極端的TG線與公共地連接到第n+1行的各個像素的選擇晶體管SELECT的柵極端的選擇線是公共信號線(選擇/TG線)。
下面參照圖9-12介紹根據(jù)本例的固態(tài)圖像傳感器的結(jié)構(gòu)。圖9是在像素陣列單元中有源區(qū)和柵極互連的布局的平面圖。圖10是第一金屬互連在像素陣列單元中的布局的平面圖。圖11是第二金屬互連在像素陣列單元中的布局的平面圖。圖12是第三金屬互連在像素陣列單元中的布局的平面圖。
如圖9所示，在硅襯底10上由器件隔離膜22限定有源區(qū)。每個有源區(qū)包含作為光電二極管區(qū)域的寬矩形區(qū)，和連續(xù)到光電二極管區(qū)域的基本上是托架形的區(qū)域。
四個柵極28在有源區(qū)上方形成橋路。這些柵極28從光電二極管區(qū)域一側(cè)依次為傳輸晶體管TG的柵極28TG、復(fù)位晶體管RST的柵極28RST、源極跟隨器晶體管SF-Tr的柵極28SF、以及選擇晶體管SELECT的柵極28SEL。選擇TG線28a由與柵極28相同的導(dǎo)電層(柵極互連)形成，并且選擇/TG線28a、連接到選擇/TG線28a的柵極28TG和連接到選擇/TG線28a的柵極28SEL形成在一個圖形中。
如圖10所示，第一金屬互連層50包括經(jīng)接觸栓48d連接到柵極28RST的RST線50f、經(jīng)接觸栓48b和接觸栓48c將浮置擴(kuò)散FD區(qū)連接到柵極28SF的互連層50b、以及分別經(jīng)接觸栓48e和接觸栓48f分別連接到復(fù)位晶體管RST和源極跟隨器晶體管SF-Tr的漏區(qū)和選擇晶體管SELECT的源區(qū)的輸出線50d、50e。
如圖11所示，第二金屬互連層56包括經(jīng)接觸栓54a電連接到復(fù)位晶體管RST和源極跟隨器晶體管SF-Tr的漏區(qū)的VR線56a、和經(jīng)接觸栓54b電連接到選擇晶體管SELECT的源區(qū)的信號讀取線56b。
如圖12所示，第三金屬互連層62不形成信號線而是形成光屏蔽膜62，該光屏蔽膜62覆蓋包含浮置擴(kuò)散FD區(qū)的像素的其余區(qū)域。在不通過全光柵模式進(jìn)行讀取操作的情況下，可以不必形成光屏蔽膜62b。
如上所述，根據(jù)本例的固態(tài)圖像傳感器的特征主要在于，選擇/TG線28a由柵極互連形成，并且連接到選擇/TG線28a的柵極28TG和連接到選擇/TG線28a的柵極28SEL形成在一個連續(xù)圖形中，RST線50f由第一金屬互連層50形成，VR線56a和信號讀取線56b由第二金屬互連層56形成，并且光屏蔽膜62b由第三金屬互連層61形成。
這樣，如在第一實施例中那樣，上部金屬互連層可以具有布局自由度。第三金屬互連層不形成信號線，而是只用做光屏蔽膜。因而，可以有效地屏蔽浮置擴(kuò)散FD，這對于采用全光柵模式非常有效。
如上所述，根據(jù)本例，選擇/TG線、傳輸晶體管的柵極和選擇晶體管的柵極形成在一個連續(xù)圖形中，這給金屬互連層的布局提供了裕度。面積也具有裕度，這允許浮置擴(kuò)散區(qū)具有較寬的面積，并且可以減少結(jié)泄漏。傳輸晶體管可具有更大的柵極寬度。
第三金屬互連層不必形成信號線，而是用于形成光屏蔽膜。相應(yīng)地，可以通過全光柵模式進(jìn)行讀取，并且可以獲得沒有“偏移”和“失真”的良好圖像。
下面參照圖13-16介紹根據(jù)本發(fā)明第三實施例的固態(tài)圖像傳感器。
圖13-16是表示根據(jù)本例的固態(tài)圖像傳感器結(jié)構(gòu)的平面圖。為了避免重復(fù)或簡化說明，本例中與根據(jù)第一和第二實施例的固態(tài)圖像傳感器中相同的部件用相同的參考標(biāo)記表示。
根據(jù)本例的固態(tài)圖像傳感器與根據(jù)第一實施例的固態(tài)圖像傳感器在電路圖、操作和制造方法上相同，除了各個層的布局與根據(jù)第一實施例的不同之外。就是說，在根據(jù)本例的固態(tài)圖像傳感器中，共同地連接到第n行的各個像素的傳輸晶體管TG的柵極端的TG線與共同地連接到第n+1行的各個像素的選擇晶體管SELECT的柵極端的選擇線是公共信號線(選擇/TG線)。
下面參照圖13-16介紹根據(jù)本例的固態(tài)圖像傳感器的結(jié)構(gòu)。圖13是在像素陣列單元中有源區(qū)和柵極互連的布局的平面圖。圖14是第一金屬互連在像素陣列單元中的布局的平面圖。圖15是第二金屬互連在像素陣列單元中的布局的平面圖。圖16是第三金屬互連在像素陣列單元中的布局的平面圖。
如圖13所示，在硅襯底20上由器件隔離膜22限定有源區(qū)。每個有源區(qū)包含作為光電二極管區(qū)域的寬矩形區(qū)和連續(xù)到光電二極管區(qū)域的基本上托架形的區(qū)域。鑒于根據(jù)第一和第二實施例的固態(tài)圖像傳感器的有源區(qū)，根據(jù)本例的固態(tài)圖像傳感器的有源區(qū)是前者，只是逆時針旋轉(zhuǎn)90°。
四個柵極28在有源區(qū)上方形成橋路。這些柵極28從光電二極管區(qū)域一側(cè)依次為傳輸晶體管TG的柵極28TG、復(fù)位晶體管RST的柵極28RST、源極跟隨器晶體管SF-Tr的柵極28SF、以及選擇晶體管SELECT的柵極28SEL。柵極28TG形成在連續(xù)到在列方向互相相鄰的像素的柵極28SEL的一個圖形中。
如圖14所示，第一金屬互連層50包括經(jīng)接觸栓48d連接到柵極28TG和柵極28SEL的選擇/TG線50a、經(jīng)接觸栓48b和接觸栓48c連接浮置擴(kuò)散FD區(qū)和柵極28SF的互連層50b、以及分別經(jīng)接觸栓48d、48e和48f分別連接到柵極28RST、復(fù)位晶體管RST和源極跟隨器晶體管SF-Tr的漏區(qū)以及選擇晶體管SELECT的源區(qū)的輸出線50c、50d、50e。
如圖15所示，第二金屬互連層56包括經(jīng)接觸栓54a電連接到復(fù)位晶體管RST和源極跟隨器晶體管SF-Tr的漏區(qū)的VR線56a、經(jīng)接觸栓54b電連接到選擇晶體管SELECT的源區(qū)的信號讀取線56b、以及經(jīng)接觸栓54c電連接到柵極28RST的輸出線56c。
如圖16所示，第三金屬互連層62包括經(jīng)接觸栓60a電連接到柵極28RST的RST線62a。
如上所述，在根據(jù)本例的固態(tài)圖像傳感器以及根據(jù)第一實施例的固態(tài)圖像傳感器中，柵極28TG和柵極28SEL形成在一個連續(xù)圖形中，選擇/TG線50a由第一金屬互連層50形成，VR線56a和信號讀取線56b由第二金屬互連層56形成，并且RST線62a由第三金屬互連層62形成。
根據(jù)本例的固態(tài)圖像傳感器的特征主要在于柵極上述有布局。如圖13所示，在每個像素的區(qū)域內(nèi)的右側(cè)，在列方向互相平行形成柵極28RST、柵極28SF以及柵極28SEL。在每個像素的區(qū)域內(nèi)的左側(cè)，在列方向相鄰形成柵極28TG和光電二極管PD。所有柵極都在行方向延伸，即柵極寬度在行方向延伸。
柵極28的這種布局可以設(shè)置在行方向延伸的浮置擴(kuò)散FD，保證光電二極管PD的面積，和浮置擴(kuò)散FD可以具有較大的面積。柵極28TG沿著浮置擴(kuò)散FD的延伸方向(行方向)設(shè)置，這有利于增大傳輸晶體管TG的溝道寬度。傳輸晶體管TG位于像素的上端附近的部分，選擇晶體管SELECT位于每個像素的下端附近的部分，這有利于柵極28TG和柵極28SEL之間的連接。
如上所述，根據(jù)本例，傳輸晶體管的柵極、源極跟隨器晶體管的柵極和選擇晶體管的柵極在列方向互相平行形成，并且傳輸晶體管的柵極和光電二極管在列方向相鄰形成，由此浮置擴(kuò)散可具有增加的面積，同時光電二極管的面積保持不變。一個像素的傳輸晶體管和相鄰像素的選擇晶體管互相相鄰設(shè)置，這有利于它們的連接。
在本例中，在列方向互相相鄰的像素的柵極28TG和柵極28SEL在一個連續(xù)圖形中形成。然而，如圖17所示，互相對角相鄰的像素的柵極28TG和柵極28SEL可以形成在一個連續(xù)圖形中，這就可以使柵極互連長度更短。
下面將參照圖18-21介紹根據(jù)本發(fā)明第四實施例的固態(tài)圖像傳感器。
圖18到21是表示根據(jù)本例的固態(tài)圖像傳感器結(jié)構(gòu)的平面圖。為了避免重復(fù)或簡化說明，本例中與根據(jù)第一實施例的固態(tài)圖像傳感器相同的部件用相同的參考標(biāo)記表示。
根據(jù)本例的固態(tài)圖像傳感器與根據(jù)第一實施例的固態(tài)圖像傳感器在電路圖、操作和制造方法上相同，除了各個層的布局與根據(jù)第一實施例的固態(tài)圖像傳感器的不同之外。就是說，在根據(jù)本例的固態(tài)圖像傳感器中，共同地連接到第n行的各個像素的傳輸晶體管TG的柵極端的TG線與共同地連接到第n+1行的各個像素的選擇晶體管SELECT的柵極端的選擇線是公共信號線(選擇/TG線)。
下面參照圖18-21介紹根據(jù)本例的固態(tài)圖像傳感器的結(jié)構(gòu)。圖18是在像素陣列單元中有源區(qū)和柵極互連的布局的平面圖。圖19是第一金屬互連在像素陣列單元中的布局的平面圖。圖20是第二金屬互連在像素陣列單元中的布局的平面圖。圖21是第三金屬互連在像素陣列單元中的布局的平面圖。
如圖18所示，在硅襯底20上由器件隔離膜22限定有源區(qū)。每個有源區(qū)包括作為光電二極管區(qū)域的寬矩形區(qū)和連續(xù)到光電二極管區(qū)域的基本上是托架形的區(qū)域。
在每個有源區(qū)中，四個柵極28在有源區(qū)上方形成橋路。這些柵極28從光電二極管區(qū)域的一側(cè)依次為傳輸晶體管TG的柵極28TG、復(fù)位晶體管RST的柵極28RST、源極跟隨器晶體管SF-Tr的柵極28SF、以及選擇晶體管SELECT的柵極28SEL。柵極28TG形成在連續(xù)到在列方向互相相鄰的像素的柵極28SEL的一個圖形中。
如圖19所示，第一金屬互連層50包括經(jīng)接觸栓48a連接到柵極28TG和柵極28SEL的選擇/TG線、經(jīng)接觸栓48b和接觸栓48c連接浮置擴(kuò)散FD區(qū)和柵極28SF的互連層50b、以及分別經(jīng)接觸栓48d、48e和48f分別連接到柵極28RST、復(fù)位晶體管RST和源極跟隨器晶體管SF-Tr的漏區(qū)以及選擇晶體管SELECT的源區(qū)的輸出線50c、50d、50e。
如圖20所示，第二金屬互連層56包括經(jīng)接觸栓54a電連接到復(fù)位晶體管RST和源極跟隨器晶體管SF-Tr的漏區(qū)的VR線56a、經(jīng)接觸栓54b電連接到選擇晶體管SELECT的源區(qū)的信號讀取線56b、以及經(jīng)接觸栓54c電連接到柵極28RST的輸出線56c。
如圖21所示，第三金屬互連層62包括經(jīng)接觸栓60a電連接到柵極28RST的RST線62a。
如上所述，在根據(jù)本例的固態(tài)圖像傳感器以及根據(jù)第一實施例的固態(tài)圖像傳感器中，柵極28TG和柵極28SEL形成在一個連續(xù)圖形中，選擇/TG線50a由第一金屬互連層50形成，VR線56a和信號讀取線56b由第二金屬互連層56形成，并且RST線62a由第三金屬互連層62形成。
根據(jù)本例的固態(tài)圖像傳感器的特征主要在于柵極28上述具有布局。如圖18所示，柵極28TG位于像素的右上端附近，柵極28SEL位于像素的左下端附近，柵極28TG形成在連續(xù)到在對角方向互相相鄰的像素的柵極28SFL的一個圖形中。柵極28SF和柵極28SEL在行方向互相平行形成。柵極28如此排列，由此柵極28TG和柵極28SEL的溝道長度可以很大，并且光電二極管PD的面積保持不變。這樣，這些晶體管的閾值電壓可以很低。源極跟隨器晶體管SF-Tr的低閾值電壓可以使信號電壓(VR-Vth)增高，并且可以獲得大信號范圍。傳輸晶體管TG的低閾值電壓可以使信號電荷從光電二極管PD傳輸?shù)礁≈脭U(kuò)散FD。
如上所述，根據(jù)本例，在對角方向互相相鄰的傳輸晶體管的柵極和選擇晶體管的柵極形成在一個連續(xù)圖形中，由此可以使傳輸晶體管和復(fù)位晶體管的溝道長度很長，并且光電二極管的面積保持不變。這樣，這些晶體管可以具有低閾值電壓Vth。
下面將參照圖22-25介紹根據(jù)本發(fā)明第五實施例的固態(tài)圖像傳感器。
圖22到25是表示根據(jù)本例的固態(tài)圖像傳感器結(jié)構(gòu)的平面圖。為了避免重復(fù)或簡化說明，本例中與根據(jù)第一實施例的固態(tài)圖像傳感器相同的部件用相同的參考標(biāo)記表示。
下面參照圖22-25介紹根據(jù)本例的固態(tài)圖像傳感器的結(jié)構(gòu)。圖22是在像素陣列單元中有源區(qū)和柵極互連的布局的平面圖。圖23是第一金屬互連在像素陣列單元中的布局的平面圖。圖24是第二金屬互連在像素陣列單元中的布局的平面圖。圖25是第三金屬互連在像素陣列單元中的布局的平面圖。
如圖22所示，在硅襯底20上由器件隔離膜22限定有源區(qū)。每個有源區(qū)包括作為光電二極管區(qū)域的寬矩形區(qū)和連續(xù)到光電二極管區(qū)域的基本上是托架形的區(qū)域。鑒于根據(jù)第一實施例和第二實施例的固態(tài)圖像傳感器的有源區(qū)，根據(jù)本例的固態(tài)圖像傳感器的有源區(qū)是根據(jù)前者的固態(tài)圖像傳感器的有源區(qū)，它只是逆時針方向旋轉(zhuǎn)了90度。
在每個有源區(qū)中，四個柵極28在有源區(qū)上方形成橋路。這些柵極從光電二極管區(qū)域的一側(cè)依次為傳輸晶體管TG的柵極28TG、復(fù)位晶體管RST的柵極28RST、源極跟隨器晶體管SF-Tr的柵極28SF、以及選擇晶體管SELECT的柵極28SEL。選擇/TG線28由形成柵極28的相同導(dǎo)電層(柵極互連)形成，選擇/TG線28a、連接到選擇/TG線28a的柵極28TG以及連接的選擇/TG線28a的柵極28SEL形成在一個圖形中。
如圖23所示，第一金屬互連層50包括經(jīng)接觸栓48d連接到柵極28RST的RST線、經(jīng)接觸栓48b和接觸栓48c連接浮置擴(kuò)散FD區(qū)和柵極28SF的互連層50b、以及分別經(jīng)接觸栓48e和48f分別連接到復(fù)位晶體管RST和源極跟隨器晶體管SF-Tr的漏區(qū)以及選擇晶體管SELECT的源區(qū)的輸出線50d、50e。
如圖24所示，第二金屬互連層56包括經(jīng)接觸栓54a電連接到復(fù)位晶體管RST和源極跟隨器晶體管SF-Tr的漏區(qū)的VR線56a以及經(jīng)接觸栓54b電連接到選擇晶體管SELECT的源區(qū)的信號讀取線56b。
如圖25所示，第三金屬互連層62不形成信號線而是形成暴露光電二極管PD區(qū)和覆蓋包含浮置擴(kuò)散FD的像素的復(fù)位區(qū)的光屏蔽膜62b。
如上所述，在根據(jù)本例的固態(tài)圖像傳感器以及根據(jù)第二實施例的固態(tài)圖像傳感器中，選擇/TG線28由柵極互連形成，并且連接到選擇/TG線28a的柵極28TG和連接的選擇/TG線18a的柵極28SEL形成在一個連續(xù)圖形中。RST線50f由第一金屬互連層50形成，VR線56a和信號讀取線56b由第二金屬互連層56形成，并且光屏蔽膜62b由第三金屬互連層62形成。有源區(qū)和柵極28的布局與根據(jù)第三實施例的固態(tài)圖像傳感器的布局相同。
如上所述，在根據(jù)本例的固態(tài)圖像傳感器以及根據(jù)第二實施例的固態(tài)圖像傳感器中，金屬互連層的布局可具有自由度，并且第三金屬互連層可單獨用于光屏蔽膜。這樣，可以有效地屏蔽浮置擴(kuò)散區(qū)，這對于采用全光柵模式非常有效。
與根據(jù)第三實施例的固態(tài)圖像傳感器一樣，浮置擴(kuò)散區(qū)的面積可以很大，而光電二極管的面積保持不變。一個像素的傳輸晶體管可以設(shè)置在與其相鄰的像素的選擇晶體管附近，這有利于它們的連接。
下面將參照圖26-29介紹根據(jù)本發(fā)明第六實施例的固態(tài)圖像傳感器。
圖26到29是表示根據(jù)本例的固態(tài)圖像傳感器結(jié)構(gòu)的平面圖。為了避免重復(fù)或簡化說明，本例中與圖1-25中所示的根據(jù)第一到第五實施例的固態(tài)圖像傳感器相同的部件用相同的參考標(biāo)記表示。
根據(jù)本例的固態(tài)圖像傳感器與根據(jù)第一實施例的固態(tài)圖像傳感器在電路圖、操作和制造方法上相同，除了各個層的布局與根據(jù)第一實施例的不同之外。就是說，同樣在根據(jù)本例的固態(tài)圖像傳感器中，共同地連接到第n行的各個像素的傳輸晶體管TG的柵極端的TG線與共同地連接到第n+1行的各個像素的選擇晶體管SELECT的柵極端的選擇線是公共信號線(選擇/TG線)。
接下來，下面參照圖26-29介紹根據(jù)本例的固態(tài)圖像傳感器的結(jié)構(gòu)。圖26是在像素陣列單元中有源區(qū)和柵極互連的布局的平面圖。圖23是第一金屬互連在像素陣列單元中的布局的平面圖。圖24是第二金屬互連在像素陣列單元中的布局的平面圖。圖25是第三金屬互連在像素陣列單元中的布局的平面圖。
如圖26所示，在硅襯底20上由器件隔離膜22限定有源區(qū)。每個有源區(qū)包括作為光電二極管區(qū)域的寬矩形區(qū)和連續(xù)到光電二極管區(qū)域的基本上是托架形的區(qū)域。鑒于根據(jù)第一實施例和第二實施例的固態(tài)圖像傳感器的有源區(qū)，根據(jù)本例的固態(tài)圖像傳感器的有源區(qū)是根據(jù)前者的固態(tài)圖像傳感器的有源區(qū)，它只是逆時針方向旋轉(zhuǎn)了90度。
在每個有源區(qū)中，四個柵極28在有源區(qū)上方形成橋路。這些柵極28從光電二極管區(qū)域的一側(cè)依次為傳輸晶體管TG的柵極28TG、復(fù)位晶體管RST的柵極28RST、源極跟隨器晶體管SF-Tr的柵極28SF、以及選擇晶體管SELECT的柵極28SEL。選擇/TG線28a由形成柵極28的相同導(dǎo)電層(柵極互連)形成，并且選擇/TG線28a、連接到選擇/TG線28a的柵極28TG以及連接的選擇/TG線28a的柵極28SEL形成在一個圖形中。
如圖27所示，第一金屬互連層50包括經(jīng)接觸栓48d連接到柵極28RST的RST線50f、經(jīng)接觸栓48b和接觸栓48c連接浮置擴(kuò)散FD區(qū)和柵極28SF的互連層50b、以及分別經(jīng)接觸栓48e和48f分別連接到復(fù)位晶體管RST和源極跟隨器晶體管SF-Tr的漏區(qū)以及選擇晶體管SELECT的源區(qū)的輸出線50d、50e。
如圖28所示，第二金屬互連層56包括經(jīng)接觸栓54a電連接到復(fù)位晶體管RST和源極跟隨器晶體管SF-Tr的漏區(qū)的VR線56a以及經(jīng)接觸栓54b電連接到選擇晶體管SELECT的源區(qū)的信號讀取線56b。
如圖29所示，第三金屬互連層62不形成信號線而是形成暴露光電二極管PD區(qū)和覆蓋包含浮置擴(kuò)散FD的像素的復(fù)位區(qū)的光屏蔽膜62。
如上所述，在根據(jù)本例的固態(tài)圖像傳感器以及根據(jù)第二實施例的固態(tài)圖像傳感器中，選擇/TG線28a由柵極互連形成，并且連接到選擇/TG線28a的柵極28TG和連接的選擇/TG線28a的柵極28SEL形成在一個連續(xù)圖形中，RST線50f由第一金屬互連層50形成，VR線56a和信號讀取線56b由第二金屬互連層56形成，并且光屏蔽膜62b由第三金屬互連層62形成。
這樣，在根據(jù)本例的固態(tài)圖像傳感器以及根據(jù)第二實施例的固態(tài)圖像傳感器中，金屬互連層的布局可具有自由度，并且第三金屬互連層可單獨用于光屏蔽膜。這樣，可以有效地屏蔽浮置擴(kuò)散區(qū)，這對于采用全光柵模式非常有效。
與根據(jù)第五實施例的固態(tài)圖像傳感器一樣，柵極28RST、柵極28SF和柵極28SEL在像素的右側(cè)區(qū)域中相互平行形成。尤其是在根據(jù)本例的固態(tài)圖像傳感器中，通過與柵極28的自對準(zhǔn)形成接觸孔，這就允許柵極28之間的間距很小。在根據(jù)第五實施例的固態(tài)圖像傳感器中，相應(yīng)地，連接到浮置擴(kuò)散FD的接觸栓48b必須位于光電二極管的上端(見圖23)。然而，在根據(jù)本例的固態(tài)圖像傳感器中，接觸栓48b、48e和48f可與柵極28RST、柵極28SF和柵極28SEL相鄰設(shè)置，由此光電二極管PD和浮置擴(kuò)散FD可具有更大的面積。傳輸晶體管還可具有更長的柵極長度，并且可以降低閾值電壓Vth。
然后，下面參照圖30A-30C介紹根據(jù)本例的固態(tài)圖像傳感器的制造方法。
首先，利用例如與圖7A和7B中所示的根據(jù)第一實施例的固態(tài)圖像傳感器的制造方法相同的方式，在硅襯底20上形成器件隔離膜22、柵極28、金屬硅化物膜42、氧化硅膜36等。此時，在對柵極28進(jìn)行構(gòu)圖之前，預(yù)先從其中將要形成柵極28的接觸的部分除去氧化硅膜36。當(dāng)形成覆蓋外圍電路晶體管的柵極28的側(cè)壁的側(cè)壁絕緣膜38時(圖30A)，留下像素中的氧化硅膜36。
然后，例如通過CVD法，依次淀積例如70nm厚的氮化硅膜(氮氧化硅膜)44和例如700-1500nm(中心條件1000nm)厚的氧化硅膜45’。
接著，例如通過CMP法對氧化硅膜45’的表面進(jìn)行拋光，以便平整氧化硅膜45’。
接下來，通過光刻和干刻蝕在氧化硅膜45’、氮化硅膜44和氧化硅膜36中形成接觸孔46’。在保證互相之間的刻蝕選擇比的刻蝕條件下，依次刻蝕氧化硅膜45’、氮化硅膜44和氧化硅膜36。這樣，可以通過與柵極28自對準(zhǔn)的方式打開柵極28RST和柵極28SF之間以及柵極28SEL和選擇/TG線28a之間的接觸孔。此時，留下將要作為側(cè)壁絕緣膜38的氧化硅膜36，以便柵極28不暴露于接觸孔46’中。
然后，例如通過CVD法淀積厚度例如約為300nm的磷摻雜多晶硅膜，然后通過CMP法進(jìn)行拋光，直到露出氧化硅膜45’的表面為止，由此形成掩埋在接觸孔46’中的接觸栓48’(如30B)。
然后，在具有掩埋在其中的接觸栓48’的氧化硅膜45’上，通過例如CVD法淀積例如約200-500nm厚(中心條件500nm)的氧化硅膜45”。
接著，通過光刻和干刻蝕在氧化硅膜45”、45’氮化硅膜44和氧化硅膜36中形成接觸孔46”。此時，在能確保這些膜之間的刻蝕選擇比的條件下依次刻蝕氧化硅膜45”、45’氮化硅膜44和氧化硅膜36。
然后，例如通過CVD法淀積例如10-50nm厚的鈦膜、例如10-100nm厚的氮化鈦膜、和例如100-800nm厚的鎢膜，然后通過CMP法進(jìn)行拋光，直到露出氧化硅膜45”為止，由此形成被掩埋在接觸孔46”中的接觸栓48”。
接著，例如用與圖8中所示的根據(jù)第一實施例的固態(tài)圖像傳感器的制造方法相同的方式，形成第一到第三金屬互連層。
如上所述，根據(jù)本例的固態(tài)圖像傳感器以及根據(jù)第二實施例的固態(tài)圖像傳感器，金屬互連層的布局可以具有自由度，并且第三金屬互連層可單獨用做光屏蔽膜。這樣，可以有效地屏蔽浮置擴(kuò)散區(qū)，這對于使用全光柵模式非常有效。
與在根據(jù)第三實施例的固態(tài)圖像傳感器中一樣，浮置擴(kuò)散區(qū)可以具有較大面積，并且光電二極管的面積保持不變。一個像素的傳輸晶體管和與該像素相鄰的像素的選擇晶體管可以互相相鄰設(shè)置，這有利于它們的連接。
襯底接觸是通過自對準(zhǔn)接觸技術(shù)形成的，這允許柵極更靠近設(shè)置，由此使光電二極管PD和浮置擴(kuò)散FD可具有較大面積。傳輸晶體管的柵極長度可以更長，這可以降低閾值電壓。
在本例中，柵極28RST和柵極28SF之間的接觸、以及柵極28SEL和選擇/TG線28a之間的接觸自對準(zhǔn)。然而，如圖31所示，柵極28TG和柵極28RST之間的接觸可以自對準(zhǔn)，由此傳輸晶體管的柵極長度可以進(jìn)一步變長。
下面將參照圖32-35介紹根據(jù)本發(fā)明第七實施例的固態(tài)圖像傳感器。
圖32到35是表示根據(jù)本例的固態(tài)圖像傳感器結(jié)構(gòu)的平面圖。為了避免重復(fù)或簡化說明，本例中與圖1-31中所示的根據(jù)第一到第六實施例的固態(tài)圖像傳感器相同的部件用相同的參考標(biāo)記表示。
根據(jù)本例的固態(tài)圖像傳感器與根據(jù)第一實施例的固態(tài)圖像傳感器在電路圖、操作和制造方法上相同，除了各個層的布局與根據(jù)第一實施例的固態(tài)圖像傳感器的不同之外。就是說，在根據(jù)本例的固態(tài)圖像傳感器中，共同地連接到第n行的各個像素的傳輸晶體管TG的柵極端的TG線與共同地連接到第n+1行的各個像素的選擇晶體管SELECT的柵極端的選擇線是公共信號線(選擇/TG線)。
下面參照圖32-35介紹根據(jù)本例的固態(tài)圖像傳感器的結(jié)構(gòu)。圖32是在像素陣列單元中有源區(qū)和柵極互連的布局的平面圖。圖33是第一金屬互連在像素陣列單元中的布局的平面圖。圖34是第二金屬互連在像素陣列單元中的布局的平面圖。圖35是第三金屬互連在像素陣列單元中的布局的平面圖。
如圖32所示，在硅襯底20上由器件隔離膜22限定有源區(qū)。每個有源區(qū)包含作為光電二極管區(qū)域的寬矩形區(qū)和連續(xù)到光電二極管區(qū)域的基本上托架形的區(qū)域。
在每個有源區(qū)中，四個柵極28在有源區(qū)上方形成橋路。這些柵極從光電二極管區(qū)域的一側(cè)依次為傳輸晶體管TG的柵極28TG、復(fù)位晶體管RST的柵極28RST、源極跟隨器晶體管SF-Tr的柵極28SE、以及選擇晶體管SELECT的柵極28SEL。柵極28TG形成在連續(xù)到在列方向互相相鄰的像素的柵極28SEL的一個圖形中。
如圖33所示，第一金屬互連層50包括經(jīng)接觸栓48a連接到柵極28TG的選擇/TG線、經(jīng)接觸栓48b和接觸栓48c連接浮置擴(kuò)散FD區(qū)和柵極28SF的互連層50b、以及分別經(jīng)接觸栓48e和48f分別連接到柵極28RST、復(fù)位晶體管RST和源極跟隨器晶體管SF-Tr的漏區(qū)以及選擇晶體管SELECT的源區(qū)的輸出線50c、50d、50e。
如圖34所示，第二金屬互連層56包括經(jīng)接觸栓54a電連接到復(fù)位晶體管RST和源極跟隨器晶體管SF-Tr的漏區(qū)的VR線56a、經(jīng)接觸栓54b電連接到選擇晶體管SELECT的源區(qū)的信號讀取線56b以及經(jīng)接觸栓54c電連接到柵極28RST的輸出線56c。
如圖35所示，第三金屬互連層62包括經(jīng)接觸栓60a電連接到柵極28RST的RST線62a。
這里，根據(jù)本例的固態(tài)圖像傳感器的主要特征在于形成每個有源區(qū)，橋接互相相鄰的像素區(qū)。即，在根據(jù)本例的固態(tài)圖像傳感器中，光電二極管PD和柵極28TG設(shè)置在一個像素區(qū)中，這與根據(jù)第一到第六實施例的固態(tài)圖像傳感器的相同，并且其余的構(gòu)成部件設(shè)置在與所述一個像素區(qū)相鄰的另一像素區(qū)中。
有源區(qū)如此布置，由此可以很容易地增大浮置擴(kuò)散FD的面積和傳輸晶體管TG的溝道寬度。柵極28相對于浮置擴(kuò)散FD設(shè)置，如圖23所示，由此可以使由于柵極28的失對準(zhǔn)造成的浮置擴(kuò)散FD的面積變化很小。
如上所述，根據(jù)本例，形成一個像素的有源區(qū)，并橋接兩個單元像素區(qū)，這有利于增加浮置擴(kuò)散區(qū)的面積和傳輸晶體管的溝道寬度?？梢院苋菀椎厥褂捎跂艠O的失對準(zhǔn)造成的浮置擴(kuò)散FD的面積變化很小。
下面將參照圖36-39介紹根據(jù)本發(fā)明第八實施例的固態(tài)圖像傳感器。
圖36到39是表示根據(jù)本例的固態(tài)圖像傳感器結(jié)構(gòu)的平面圖。為了避免重復(fù)或簡化說明，本例中與圖1-35中所示的根據(jù)第一到第七實施例的固態(tài)圖像傳感器相同的部件用相同的參考標(biāo)記表示。
根據(jù)本例的固態(tài)圖像傳感器與根據(jù)第一實施例的固態(tài)圖像傳感器在電路圖、操作和制造方法上相同，除了各個層的布局與根據(jù)第一實施例的固態(tài)圖像傳感器的不同之外。就是說，在根據(jù)本例的固態(tài)圖像傳感器中，共同地連接第n行的各個像素的傳輸晶體管TG的柵極端的TG線與共同地連接第n+1行的各個像素的選擇晶體管SELECT的柵極端的選擇線是公共信號線(選擇/TG線)。
下面參照圖36-39介紹根據(jù)本例的固態(tài)圖像傳感器的結(jié)構(gòu)。圖36是在像素陣列單元中有源區(qū)和柵極互連的布局的平面圖。圖37是第一金屬互連在像素陣列單元中的布局的平面圖。圖38是第二金屬互連在像素陣列單元中的布局的平面圖。圖39是第三金屬互連在像素陣列單元中的布局的平面圖。
如圖36所示，在硅襯底20上由器件隔離膜22限定有源區(qū)。每個有源區(qū)包含作為光電二極管區(qū)域的寬矩形區(qū)和連續(xù)到光電二極管區(qū)域的基本上是托架形的區(qū)域。
在每個有源區(qū)中，四個柵極28在有源區(qū)上方形成橋路。這些柵極從光電二極管區(qū)域的一側(cè)依次為傳輸晶體管TG的柵極28TG、復(fù)位晶體管RST的柵極28RST、源極跟隨器晶體管SF-Tr的柵極28SF、以及選擇晶體管SELECT的柵極28SEL。
如圖37所示，第一金屬互連層50包括經(jīng)接觸栓48g連接到柵極28TG和柵極28SF的選擇/TG線50a、經(jīng)接觸栓48b和接觸栓48c連接浮置擴(kuò)散FD區(qū)和柵極28SF的互連層50b、以及分別經(jīng)接觸栓48d、48e和48f分別連接到柵極28RST、復(fù)位晶體管RST和源極跟隨器晶體管SF-Tr的漏區(qū)以及選擇晶體管SELECT的源區(qū)的輸出線50c、50d、50e。
如圖38所示，第二金屬互連層56包括經(jīng)接觸栓54c電連接到柵極28RST的RST線56d、經(jīng)接觸栓54d連接到復(fù)位晶體管RST和源極跟隨器晶體管SF-Tr的漏區(qū)的輸出線56e以及經(jīng)接觸栓54e電連接到選擇晶體管SELECT的源區(qū)的輸出線56f。
如圖39所示，第三金屬互連層62包括經(jīng)接觸栓60b連接到復(fù)位晶體管RST和源極跟隨器晶體管SF-Tr的漏區(qū)的VR線62c、以及經(jīng)接觸栓60c電連接到選擇晶體管SELECT的源區(qū)的信號讀取線62d。
如上所述，根據(jù)本例，選擇/TG線由第一金屬互連層形成，RST線由第二金屬互連層形，并且VR線和信號讀取線由第三金屬互連層形成，由此該固態(tài)圖像傳感器可包括具有公用的選擇線和TG線的4-Tr-像素。
下面將參照圖40-45B介紹根據(jù)本發(fā)明第九實施例的固態(tài)圖像傳感器。
圖40是根據(jù)本例的固態(tài)圖像傳感器的電路圖。圖41-44是根據(jù)本例的固態(tài)圖像傳感器的平面圖。圖45A和45B是解釋根據(jù)本例的固態(tài)圖像傳感器的圖像讀取方法的時序圖。
為了避免重復(fù)或簡化說明，本例中與圖1-39中所示的根據(jù)第一到第八實施例的固態(tài)圖像傳感器相同的部件用相同的參考標(biāo)記表示。
首先，參照圖40-44介紹根據(jù)本例的固態(tài)圖像傳感器的結(jié)構(gòu)。圖40是根據(jù)本例的固態(tài)圖像傳感器的電路圖。在圖40中，像素陣列單元10由2×2單元像素表示。
每個像素包括光電二極管PD、傳輸晶體管TG、復(fù)位晶體管RST、源極跟隨器晶體管SF-Tr以及選擇晶體管SELECT。就是說，根據(jù)本例的固態(tài)圖像傳感器是具有4-Tr-像素的固態(tài)圖像傳感器。
光電二極管PD的陰極端連接到傳輸晶體管TG的源極端。光電二極管PD的陽極端接地。傳輸晶體管TG的漏極端連接到復(fù)位晶體管RST的源極端和源極跟隨器晶體管SF-Tr的柵極端。源極跟隨器晶體管SF-Tr的源極端連接到選擇晶體管SELECT的漏極端。
在行方向互相相鄰的各個像素連接到TG線，該TG線公共地連接傳輸晶體管TG的柵極端。各個像素連接到選擇/RST線，該選擇/RST線公共地連接第n行像素的復(fù)位晶體管RST的柵極端和第r+1行像素的選擇晶體管SELECT的柵極端。
在列方向互相相鄰的各個像素連接到公共地連接選擇晶體管SELECT的源極端的信號讀取線以及公共地連接復(fù)位晶體管RST的漏極端和源極跟隨器晶體管SF-Tr的漏極端的VR(復(fù)位電壓)線。
TG線和選擇/RST線連接到行選擇電路12。信號讀取線連接到信號讀取/噪聲取消器電路14。信號讀取/噪聲取消器電路14經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器16連接到輸出電路18。VR線連接到基本上為源電壓的電源或其電壓低于源電壓的電源。
如上所述，在根據(jù)本例的固態(tài)圖像傳感器中，公共地連接第n行像素的復(fù)位晶體管RST的柵極端的RST線、和公共地連接第n+1行像素的選擇晶體管的柵極端的選擇線由公共信號線(選擇/RST線)形成。
然后，下面參照圖41-44具體介紹用于形成圖40中所示的電路的固態(tài)圖像傳感器的結(jié)構(gòu)。圖41是在像素陣列單元中有源區(qū)和柵極互連的布局的平面圖。圖42是第一金屬互連在像素陣列單元中的布局的平面圖。圖43是第二金屬互連在像素陣列單元中的布局的平面圖。圖44是第三金屬互連在像素陣列單元中的布局的平面圖。
如圖41所示，在硅襯底20上由器件隔離膜22限定有源區(qū)。每個有源區(qū)包含作為光電二極管區(qū)域的寬矩形區(qū)和連續(xù)到光電二極管區(qū)域的基本上是托架形的區(qū)域。
在每個有源區(qū)中，四個柵極28在有源區(qū)上方形成橋路。這些柵極從光電二極管區(qū)域的一側(cè)依次為傳輸晶體管TG的柵極28TG、復(fù)位晶體管RST的柵極28RST、源極跟隨器晶體管SF-Tr的柵極28SF、以及選擇晶體管SELECT的柵極28SEL。柵極28RST形成在連續(xù)到在列方向的相鄰像素的柵極28SEL的一個圖形中。
如圖42所示，第一金屬互連層50包括經(jīng)接觸栓48a連接到柵極28RST和柵極28SEL的選擇/RST線50g、經(jīng)接觸栓48b和接觸栓48c連接浮置擴(kuò)散FD區(qū)和柵極28SF的互連層50b、以及分別經(jīng)接觸栓48d、48e和48f分別連接到柵極28TG、復(fù)位晶體管RST和源極跟隨器晶體管SF-Tr的漏區(qū)以及選擇晶體管SELECT的源區(qū)的輸出線50h、50d、50e。
如圖43所示，第二金屬互連層56包括經(jīng)接觸栓54c電連接到復(fù)位晶體管RST的漏區(qū)的VR線56a、經(jīng)接觸栓54b電連接到選擇晶體管SELECT的源區(qū)的信號讀取線56b、以及經(jīng)接觸栓54f電連接到柵極28TG的輸出線56g。
如圖44所示，第三金屬互連層62包括經(jīng)接觸栓60d連接到柵極28TG的TG線62e。
如上所述，根據(jù)本例的固態(tài)圖像傳感器的主要特征在于第n行像素的復(fù)位晶體管RST的柵極28RST和第n+1行像素的選擇晶體管SELECT的柵極28SEL形成在一個圖形中，并且第一金屬互連層50形成選擇/RST線50g，第二金屬互連層56形成VR線56a和信號讀取線56b，第三金屬互連層62形成TG線62e。
這樣，即使在選擇線和RST線形成在公共互連層中的情況下，也不必通過金屬互連層互連互相隔開的柵極28RST和柵極28SEL。因而，可以省去用于將第一金屬互連層50連接到下層的一個接觸孔，這就給金屬互連層的布局提供裕度。
還給面積提供裕度，并且浮置擴(kuò)散區(qū)可具有足夠的面積，而且具有足夠面積的浮置擴(kuò)散FD可降低阱濃度，由此減輕電場。因而，可以降低結(jié)泄漏。還可以使傳輸晶體管的柵極寬度變大。
如圖41所示，柵極28RST、柵極28SF和柵極28SEL在像素右側(cè)、在列方向互相平行形成。在像素的左側(cè)區(qū)域中，柵極28TG和光電二極管PD在列方向相鄰形成。所有柵極都在行方向設(shè)置，例如，柵極寬度在行方向排列。柵極28如此設(shè)置，由此光電二極管PD的面積保持不變，浮置擴(kuò)散FD可以在行方向延伸，并且面積可以變大。柵極28TG沿著浮置擴(kuò)散FD的延伸方向設(shè)置，由此傳輸晶體管的溝道寬度很容易變大。復(fù)位晶體管RST位于上端附近的位置，由此可以很容易進(jìn)行柵極28RST和柵極28SEL之間的連接。
然后，參照圖45A和45B介紹根據(jù)本例的固態(tài)圖像傳感器的圖像讀取方法。在本例中，將介紹稱為全光柵模式的圖像讀取方法。在全光柵模式中，不會象滾動光柵模式那樣在像素之間產(chǎn)生光檢測時間差，并且可以獲得沒有“偏移”和“失真”的良好圖像。根據(jù)本例的固態(tài)圖像傳感器可適用于例如在參考文獻(xiàn)4中所述的滾動光柵模式。
圖45A和45B是解釋根據(jù)本例的固態(tài)圖像傳感器的圖像讀取方法的時序圖。圖45A是第n+1行像素的時序圖。圖45B是第n行像素的時序圖。在圖45A和45B中，在垂直軸上表示正電壓，在水平軸上表示時間。
首先，將信號施加于所有行的TG線和選擇/RST線，以便全部留下所有行的光電二極管PD和浮置擴(kuò)散FD。光電二極管PD和浮置擴(kuò)散FD復(fù)位，并且它們的電壓增加到預(yù)定值。
然后，當(dāng)施加于TG線的復(fù)位信號斷開時，光電二極管PD開始進(jìn)行光電檢測。在光電二極管PD中產(chǎn)生電子，并且光電二極管PD的電壓逐漸降低。
接著，復(fù)位信號全施加于所有行的選擇/RST線，以便只復(fù)位浮置擴(kuò)散FD。當(dāng)復(fù)位信號施加于選擇/RST線時，浮置擴(kuò)散FD復(fù)位，浮置擴(kuò)散FD的電壓穩(wěn)定在反映復(fù)位電壓VR(＝VR1)的預(yù)定值。
然后，所有行的TG線導(dǎo)通，以便將光電二極管PD中的電荷傳輸給浮置擴(kuò)散FD。這樣，浮置擴(kuò)散FD的電壓降低了被傳輸電荷的量。
當(dāng)浮置擴(kuò)散FD全復(fù)位時，選擇晶體管SELECT與復(fù)位晶體管RST一起導(dǎo)通。因而，優(yōu)選使信號讀取線保持在高阻抗?fàn)顟B(tài)，其中信號讀取線與外圍電路切斷。
然后，在第一行連續(xù)進(jìn)行讀取操作。在本例中，例如首先在第n行進(jìn)行讀取操作，然后在第n+1行進(jìn)行讀取操作。
首先，為了讀取第n行，選擇信號施加于第n行的選擇/RST線。然后，降低了對應(yīng)儲存在光電二極管PD中的電子量的電壓變量ΔV的電壓，即對應(yīng)(復(fù)位電壓VR)-(閾值電壓Vth)-(電壓變量ΔV)的電壓被輸出到信號讀取線(V信號讀取)。
然后，當(dāng)復(fù)位信號施加于第n行的選擇/RST線時，浮置擴(kuò)散FD復(fù)位，并且浮置擴(kuò)散FD的電壓穩(wěn)定在反映復(fù)位電壓VR(＝VR2)的預(yù)定值。這個電壓施加于源極跟隨器晶體管SF＝Tr的柵極端。對應(yīng)(復(fù)位電壓VR)-(閾值電壓Vth)的電壓輸出到信號讀取線(VR讀取)。
接著，由信號讀取/噪聲取消器電路12提供VR讀取電壓(VR-Vth)和V信號讀取電壓(VR-Vth-ΔV)之間的差，并提供電壓變量ΔV。這樣，對于第n行的像素，消除了產(chǎn)生各個像素的源極跟隨器晶體管SF-Tr的閾值電壓變化的輸出電壓變化，并可以準(zhǔn)確讀取對應(yīng)儲存在光電二極管PD中的電子量的電壓變量ΔV。
然后，為讀取第n+1行，選擇信號施加于第n+1行的選擇/RST線。然后，被降低了對應(yīng)儲存在光電二極管PD中的電子量的電壓變量ΔV的電壓，即(復(fù)位電壓VR)-(閾值電壓Vth)-(電壓變量ΔV)被輸出到信號讀取線(V信號讀取)。
此時，第n行的復(fù)位晶體管RST導(dǎo)通，并且在無任何問題的情況下浮置擴(kuò)散FD復(fù)位，這是因為已經(jīng)讀取了第n行。
然后復(fù)位信號施加于第n+1行的選擇/RST線，并且浮置擴(kuò)散FD復(fù)位。浮置擴(kuò)散FD的電壓穩(wěn)定在反映復(fù)位電壓VR(＝VR2)的預(yù)定電壓。這個電壓施加于源極跟隨器晶體管SF-Tr的柵極端。然后，對應(yīng)(復(fù)位電壓VR)-(閾值電壓Vth)的電壓輸出到信號讀取線(VR讀取)。
接著，由信號讀取/噪聲取消器電路12提供VR讀取電壓(VR-Vth)和V信號讀取電壓(VR-Vth-ΔV)之間的差，并提供電壓變量ΔV。這樣，對于第n+1行的像素，消除了產(chǎn)生各個像素的源極跟隨器晶體管SF-Tr的閾值電壓變化的輸出電壓變化，并可以準(zhǔn)確讀取對應(yīng)儲存在光電二極管PD中的電子量的電壓變量ΔV。
對各個像素依次進(jìn)行上述一系列的讀取操作，由此可以讀取由光電二極管PD檢測到的光信號。
在上述光電檢測-讀取序列中，當(dāng)在第n+1行上進(jìn)行“VR讀取”時，具有與第n行的RST線公用的信號的第n+1行的選擇線被導(dǎo)通，這樣就存在VR-Vth(n+1)-ΔV(n+1)從第n+1行輸出到信號讀取線的可能性。尤其是，當(dāng)光量很小(暗)時，ΔV(n+1)≈0V，并且當(dāng)Vth(n+1)大大小于Vth(n)時，從第n行讀取的VR為VR-Vth(n)＜VR-Vth(n+1)。
這就可能從第n行讀取的VR被第n+1行阻止。
為了防止這種事情的發(fā)生，用于全復(fù)位的復(fù)位電壓VR＝VR1和用于從各個行讀取的復(fù)位電壓VR2可以變?yōu)閂R1＜VR2。這樣，通過從第n行的“VR讀取”，即使在第n+1行的選擇線導(dǎo)通，將要從第n行輸出的VR讀取電壓(VR2-Vth(n))可以保持不受影響。具體而言，當(dāng)VR2＝VR1+0.1V或更高時，VR2-Vth(n)＞VR1-Vth(n+1)?？梢栽跊]有故障的情況下進(jìn)行從第n行的讀取操作。
在全光柵模式中，儲存在各個像素的光電二極管PD中的電荷全部轉(zhuǎn)移到浮置擴(kuò)散FD，然后各個像素的浮置擴(kuò)散FD的電荷依次被讀取。因而，電荷必須保持在浮置擴(kuò)散FD中的時間周期延長了10s msec。為了防止在備用讀取的時間內(nèi)由于光電檢測造成的浮置擴(kuò)散FD中的電荷量的變化，用金屬互連層覆蓋浮置擴(kuò)散FD是非常重要的。
如上所述，在根據(jù)本例的固態(tài)圖像傳感器中，第n行的復(fù)位晶體管的柵極和第n+1行的選擇晶體管SELECT的柵極28SEL都形成在一個圖形中，由此上金屬互連層可以具有自由度。這允許第三金屬互連層單獨形成RST線，允許第三金屬互連層具有光屏蔽膜的功能。因而，可以有效地屏蔽浮置擴(kuò)散FD，這對于采用全光柵模式非常有效。
如上所述，根據(jù)本例，復(fù)位晶體管的柵極和選擇晶體管的柵極形成在一個連續(xù)圖形中，這就可以節(jié)省用于將第一金屬互連層連接到下層的一個接觸孔。這給金屬互連層的布局提供裕度。還給面積提供裕度，允許浮置擴(kuò)散區(qū)具有較大面積，并且可以降低結(jié)泄漏。傳輸晶體管可以很容易地具有較大的柵極寬度。
第三金屬互連層可單獨形成RST線，并可用做光屏蔽膜，用于屏蔽浮置擴(kuò)散區(qū)。而且，在按全光柵模式讀取時，能提供無“偏移”和“失真”的良好圖像。
在本例中，TG線由第三金屬互連層62形成。然而，在全光柵模式中，TG線總是全部導(dǎo)通或截止。因而，TG線62a對于各個行來說不是必須的。TG線62e可具有例如與圖12中所示的光屏蔽膜62b相同的圖形。
下面將參照圖46-49介紹根據(jù)本發(fā)明第十實施例的固態(tài)圖像傳感器。
圖46到49是表示根據(jù)本例的固態(tài)圖像傳感器結(jié)構(gòu)的平面圖。為了避免重復(fù)或簡化說明，本例中與圖1-45中所示的根據(jù)第一到第九實施例的固態(tài)圖像傳感器相同的部件用相同的參考標(biāo)記表示。
根據(jù)本例的固態(tài)圖像傳感器與根據(jù)第九實施例的固態(tài)圖像傳感器的電路圖、操作和制造方法相同，除了各個層的布局與根據(jù)第九實施例的固態(tài)圖像傳感器的不同之外。就是說，在根據(jù)本例的固態(tài)圖像傳感器中，共同地連接第n行的各個像素的復(fù)位晶體管RST的柵極端的RST線與共同地連接第n+1行的各個像素的選擇晶體管SELECT的柵極端的選擇線形成在公共信號線(選擇/RST線)中。
下面參照圖46-49介紹根據(jù)本例的固態(tài)圖像傳感器的結(jié)構(gòu)。圖46是在像素陣列單元中有源區(qū)和柵極互連的布局的平面圖。圖47是第一金屬互連在像素陣列單元中的布局的平面圖。圖48是第二金屬互連在像素陣列單元中的布局的平面圖。圖49是第三金屬互連在像素陣列單元中的布局的平面圖。
如圖46所示，在硅襯底20上由器件隔離膜22限定有源區(qū)。每個有源區(qū)包含作為光電二極管區(qū)域的寬矩形區(qū)和連續(xù)到光電二極管區(qū)域的基本上是托架形的區(qū)域。
在每個有源區(qū)中，四個柵極28在有源區(qū)上方形成橋路。這些柵極從光電二極管區(qū)域的一側(cè)依次為傳輸晶體管TG的柵極28TG、復(fù)位晶體管RST的柵極28RST、源極跟隨器晶體管SF-Tr的柵極28SF、以及選擇晶體管SELECT的柵極28SEL。選擇/RST線由與柵極28相同的導(dǎo)電層(柵極互連)形成。選擇/RST線28b、連接到選擇/RST線28b的柵極28RST和連接到選擇/RST線28b的柵極28SEL形成在一個圖形中。
如圖47所示，第一金屬互連層50包括經(jīng)接觸栓48g連接到柵極28TG的TG線50i、經(jīng)接觸栓48b和接觸栓48c連接浮置擴(kuò)散FD區(qū)和柵極28SF的互連層50b、以及分別經(jīng)接觸栓48e和48f分別連接到復(fù)位晶體管RST和源極跟隨器晶體管SF-Tr的漏區(qū)以及選擇晶體管SELECT的源區(qū)的輸出線50d、50e。
如圖48所示，第二金屬互連層56包括經(jīng)接觸栓54c電連接到復(fù)位晶體管RST和源極跟隨器晶體管SF-Tr的漏區(qū)的VR線56a、和經(jīng)接觸栓54b連接到選擇晶體管SELECT的源區(qū)的輸出線56b。
如圖49所示，第三金屬互連層62不形成信號線，而是形成光屏蔽膜62b，其露出光電二極管PD區(qū)和覆蓋包含浮置擴(kuò)散區(qū)的各個像素的其余區(qū)域。
如上所述，根據(jù)本例的固態(tài)圖像傳感器的主要特征在于由柵極互連形成選擇/RST線28b，連接到選擇/RST線28b的柵極28RST和連接到選擇/RST線28b的柵極28SEL形成在一個連續(xù)圖形中，第一金屬互連層50形成TG線50i，第二金屬互連層56形成VR線56a和信號讀取線56b，第三金屬互連層62形成光屏蔽膜62b。
因而，與第九實施例相同，上金屬互連層的布局可具有自由度。第三金屬互連層不必形成信號線，而是可用做光屏蔽膜。相應(yīng)地，浮置擴(kuò)散FD可有效地被屏蔽，這對于采用全光柵模式非常有效。
如圖46所示，柵極28RST、柵極28SF和柵極28SEL在像素的右部區(qū)域中、在列方向互相平行形成。在像素的左部區(qū)域中，柵極28TG和光電二極管PD在列方向相鄰地形成。所有柵極都在行方向延伸，即柵極寬度在行方向延伸。柵極28如此設(shè)置，由此浮置擴(kuò)散FD可以在行方向延伸，而光電二極管PD的面積可以保持不變，并且可以增加光電二極管PD的面積。柵極28TG在浮置擴(kuò)散FD的延伸方向(行方向)設(shè)置，由此可以很容易增加傳輸晶體管的溝道寬度。復(fù)位晶體管RST位于像素的上端附近，并且選擇晶體管SELECT位于像素的下端附近，由此可以很容易地互連柵極28RST和柵極28SEL。
如上所述，根據(jù)本例，傳輸晶體管的柵極和選擇晶體管的柵極形成在一個連續(xù)圖形中，由此金屬互連層的布局可以具有裕度。面積可以具有裕度，這允許浮置擴(kuò)散區(qū)具有增加的面積，并且可以減少結(jié)泄漏。傳輸晶體管可具有增加的柵極寬度。
第三金屬互連層不形成信號線，而是形成光屏蔽膜。因而，在通過全光柵模式進(jìn)行讀取操作時，可以提供沒有“偏移”和“失真”的良好圖像。
下面將參照圖50-53介紹根據(jù)本發(fā)明第十一實施例的固態(tài)圖像傳感器。
圖50到53是表示根據(jù)本例的固態(tài)圖像傳感器結(jié)構(gòu)的平面圖。為了避免重復(fù)或簡化說明，本例中與圖1-49中所示的根據(jù)第一到第九實施例的固態(tài)圖像傳感器相同的部件用相同的參考標(biāo)記表示。
根據(jù)本例的固態(tài)圖像傳感器與根據(jù)第九實施例的固態(tài)圖像傳感器的電路圖、操作和制造方法相同，除了各個層的布局與根據(jù)第九實施例的固態(tài)圖像傳感器的不同之外。就是說，在根據(jù)本例的固態(tài)圖像傳感器中，共同地連接第n行的各個像素的復(fù)位晶體管RST的柵極端的RST線與共同地連接第n+1行的各個像素的選擇晶體管SELECT的柵極端的選擇線形成在公共信號線(選擇/RST線)中。
下面參照圖50-53介紹根據(jù)本例的固態(tài)圖像傳感器的結(jié)構(gòu)。圖50是在像素陣列單元中有源區(qū)和柵極互連的布局的平面圖。圖51是第一金屬互連在像素陣列單元中的布局的平面圖。圖52是第二金屬互連在像素陣列單元中的布局的平面圖。圖53是第三金屬互連在像素陣列單元中的布局的平面圖。
如圖50所示，在硅襯底20上由器件隔離膜22限定有源區(qū)。每個有源區(qū)包含作為光電二極管區(qū)域的寬矩形區(qū)和連續(xù)到光電二極管區(qū)域的基本上托架形的區(qū)域。
在每個有源區(qū)中，四個柵極28在有源區(qū)上方形成橋路。這些柵極從光電二極管區(qū)域的一側(cè)依次為傳輸晶體管TG的柵極28TG、復(fù)位晶體管RST的柵極28RST、源極跟隨器晶體管SF-Tr的柵極28SF、以及選擇晶體管SELECT的柵極28SEL。
如圖51所示，第一金屬互連層50包括經(jīng)接觸栓48a連接到柵極28RST和柵極28SEL的選擇/RST線50g、經(jīng)接觸栓48b和接觸栓48c連接浮置擴(kuò)散FD區(qū)和柵極28SF的互連層50b、以及分別經(jīng)接觸栓48g、48e和48f分別連接到柵極28TG、復(fù)位晶體管RST和源極跟隨器晶體管SF-Tr的漏區(qū)以及選擇晶體管SELECT的源區(qū)的輸出線50h、50d、50e。
如圖52所示，第二金屬互連層56包括電連接到復(fù)位晶體管RST和源極跟隨器晶體管SF-Tr的漏區(qū)的VR線56a、和接觸栓54b電連接到選擇晶體管SELECT的源區(qū)的輸出線56、b和經(jīng)接觸栓50f電連接到柵極28TG的輸出線50g。
如圖53所示，第三金屬互連層62包括經(jīng)接觸栓60d電連接到柵極28TG的TG線62e。
這里，根據(jù)本例的固態(tài)圖像傳感器的主要特征在于形成橋接互相相鄰的像素區(qū)的有源區(qū)。就是說，鑒于根據(jù)第九和第十實施例的固態(tài)圖像傳感器的像素區(qū)，在根據(jù)本例的固態(tài)圖像傳感器中，光電二極管PD和柵極28TG位于一個像素區(qū)中，并且其余構(gòu)成部件位于與其相鄰的另一像素中。
有源區(qū)如此設(shè)置，由此可以很容易地增加浮置擴(kuò)散FD的面積和傳輸晶體管TG的溝道寬度。柵極28相對于浮置擴(kuò)散FD設(shè)置，如圖32所示，由此可以使由于柵極28的失對準(zhǔn)造成的浮置擴(kuò)散FD的面積變化很小。
如上所述，根據(jù)本例，形成一個像素的有源區(qū)，它們橋接像素區(qū)的兩個單元，由此可以很容易地增加浮置擴(kuò)散區(qū)的面積和傳輸晶體管的溝道寬度?？梢允褂捎跂艠O的失對準(zhǔn)造成的浮置擴(kuò)散FD的面積變化。
下面將參照圖54-57介紹根據(jù)本發(fā)明第十二實施例的固態(tài)圖像傳感器。
圖54到57是表示根據(jù)本例的固態(tài)圖像傳感器結(jié)構(gòu)的平面圖。為了避免重復(fù)或簡化說明，本例中與圖1-45中所示的根據(jù)第一到第九實施例的固態(tài)圖像傳感器相同的部件用相同的參考標(biāo)記表示。
在本例中，具有RST線和TG線的固態(tài)圖像傳感器的平面布局制成為公用的。圖54是在像素陣列單元中有源區(qū)和柵極互連的布局的平面圖。圖55是第一金屬互連在像素陣列單元中的布局的平面圖。圖56是第二金屬互連在像素陣列單元中的布局的平面圖。圖57是第三金屬互連在像素陣列單元中的布局的平面圖。
如圖54所示，在硅襯底2上由器件隔離膜22限定有源區(qū)。每個有源區(qū)包含作為光電二極管區(qū)域的寬矩形區(qū)和連續(xù)到光電二極管區(qū)域的基本上是托架形的區(qū)域。
在每個有源區(qū)中，四個柵極28在有源區(qū)上方形成橋路。這些柵極從光電二極管區(qū)域的一側(cè)依次為傳輸晶體管TG的柵極28TG、復(fù)位晶體管RST的柵極28RST、源極跟隨器晶體管SF-Tr的柵極28SF、以及選擇晶體管SELECT的柵極28SEL。柵極28TG形成在連續(xù)到在列方向相鄰的像素的柵極28RST的一個圖形中。
如圖55所示，第一金屬互連層50包括經(jīng)接觸栓48e連接到復(fù)位晶體管RST和源極跟隨器晶體管SF-Tr的漏區(qū)的VR線50j、經(jīng)接觸栓48f連接到選擇晶體管SELECT的源區(qū)的信號讀取線50k、以及分別經(jīng)接觸栓48b、48c、48g和48h分別連接到浮置擴(kuò)散FD、柵極28SF、柵極28TG、28RST、和柵極28SEL的輸出線50l、50m、50n、50o。
如圖56所示，第二金屬互連層56包括經(jīng)接觸栓54g電連接到柵極28TG、28RST的TG/RST線56h、經(jīng)接觸栓54h電連接到柵極28SEL的選擇線56i、和經(jīng)接觸栓54j連接到浮置擴(kuò)散FD和柵極28SF的互連層56j。
如圖57所示，第三金屬互連層62不形成信號線，而是形成光屏蔽膜62b。其暴露光電二極管PD但覆蓋包含浮置擴(kuò)散FD區(qū)的像素的其余區(qū)域。
如上所述，根據(jù)本例的固態(tài)圖像傳感器的主要特征在于第n行像素的傳輸晶體管TG的柵極28TG和第n+1行像素的復(fù)位晶體管的柵極28RST形成在一個圖形中，第一金屬互連層50形成VR線50j和信號讀取線50k，第二金屬互連層56形成TG/RST線56h和選擇線56i，第三金屬互連層62形成光屏蔽膜62b。
相應(yīng)地，即使在TG線和RST線由公共互連層形成的情況下，互相隔開的柵極28TG和柵極28RST不必由金屬互連層互連。因而，可以省去用于將第一金屬互連層50連接到下層的一個接觸孔，這給金屬互連層的布局提供裕度。
給面積提供裕度，允許浮置擴(kuò)散FD具有足夠的面積。具有足夠面積的浮置擴(kuò)散FD可具有低的阱濃度。因而，可以減輕電場，并且可以降低結(jié)泄漏。傳輸晶體管可以具有增加的柵極寬度。
如圖54所示，柵極28RST、柵極28SF和柵極28SEL在像素的下部區(qū)域中、在行方向互相平行形成。在像素的上部區(qū)域中，柵極28TG和光電二極管PD在行方向相鄰地形成。所有柵極都在列方向延伸，即柵極寬度在列方向延伸。柵極如此設(shè)置，由此浮置擴(kuò)散FD可以在列方向延伸，而光電二極管PD的面積可以保持不變，并且可以增加光電二極管PD的面積。柵極28TG在浮置擴(kuò)散FD的延伸方向(列方向)設(shè)置，由此可以很容易增加傳輸晶體管的溝道寬度。傳輸晶體管TG位于像素的上端附近，并且復(fù)位晶體管RST位于像素的下端附近，這允許柵極28TG和柵極28RST很容易地彼此互連。
如上所述，根據(jù)本例，傳輸晶體管的柵極和復(fù)位晶體管的柵極形成在一個連續(xù)圖形中，由此可以節(jié)省用于將第一金屬互連層連接到下層的一個接觸孔。這給金屬互連層的布局提供裕度，并給面積提供裕度，允許浮置擴(kuò)散區(qū)具有增加的面積，并減少泄漏。傳輸晶體管可具有很容易增加的柵極寬度。
下面將參照圖58-61介紹根據(jù)本發(fā)明第十三實施例的固態(tài)圖像傳感器。
圖58到61是表示根據(jù)本例的固態(tài)圖像傳感器結(jié)構(gòu)的平面圖。為了避免重復(fù)或簡化說明，本例中與圖1-57中所示的根據(jù)第一到第十二實施例的固態(tài)圖像傳感器相同的部件用相同的參考標(biāo)記表示。
在根據(jù)本例的包括具有公共信號線的4-Tr-像素的固態(tài)圖像傳感器中，將介紹允許浮置擴(kuò)散FD具有增加的面積的平面布局。圖58是在像素陣列單元中有源區(qū)和柵極互連的布局的平面圖。圖59是第一金屬互連在像素陣列單元中的布局的平面圖。圖60是第二金屬互連在像素陣列單元中的布局的平面圖。圖61是第三金屬互連在像素陣列單元中的布局的平面圖。
如圖58所示，在硅襯底20上由器件隔離膜22限定有源區(qū)。每個有源區(qū)包含作為光電二極管區(qū)域的寬矩形區(qū)和連續(xù)到光電二極管區(qū)域的基本上托架形的區(qū)域。
四個柵極28在有源區(qū)上方形成橋路。這些柵極28從光電二極管區(qū)域的一側(cè)依次為傳輸晶體管TG的柵極28TG、復(fù)位晶體管RST的柵極28RST、源極跟隨器晶體管SF-Tr的柵極28SF、以及選擇晶體管SELECT的柵極28SEL。
如圖59所示，第一金屬互連層50包括經(jīng)接觸栓48d連接到柵極28RST的RST線50f、和分別經(jīng)接觸栓48g、48c、48h、48b、48e、48f分別連接到柵極28TG、柵極28SF、柵極28SEL、浮置擴(kuò)散FD、復(fù)位晶體管RST和源極跟隨器晶體管SF-Tr的漏區(qū)的輸出線50h、50m、50o、50l、50d和50e。
如圖60所示，第二金屬互連層56包括經(jīng)接觸栓54a電連接到復(fù)位晶體管RST和源極跟隨器晶體管SF-Tr的漏區(qū)的VR線56a、經(jīng)接觸栓54b電連接到選擇晶體管SELECT的源區(qū)的信號讀取線56b、以及分別經(jīng)接觸栓54f、50g、50h分別電連接到柵極28TG、浮置擴(kuò)散FD和柵極28SF的輸出互連線56g、56k、56l。
如圖61所示，第三金屬互連層62包括經(jīng)接觸栓60d電連接到柵極28TG的TG線62e、經(jīng)接觸栓60e電連接到柵極28SEL的選擇線62f、以及經(jīng)接觸栓60f和接觸栓60g電連接到浮置擴(kuò)散FD的互連層62g。
這里，根據(jù)本例的固態(tài)圖像傳感器的主要特征在于形成有源區(qū)，橋接相鄰像素區(qū)。就是說，關(guān)于根據(jù)第一或第九實施例的固態(tài)圖像傳感器的像素區(qū)，光電二極管PD和柵極28TG位于像素區(qū)中，并且其余構(gòu)成部件位于相鄰像素區(qū)中。有源區(qū)如此布置，由此傳輸晶體管TG可以具有很容易增加的溝道寬度。
如上所述，根據(jù)本例，形成一個像素的有源區(qū)，橋接兩個像素的單元，由此浮置擴(kuò)散可具有容易增加的面積，并且傳輸晶體管可具有容易增加的溝道寬度。
本發(fā)明不限于上述實施例，并且可覆蓋其它各種改型。
例如，在上述實施例中，作為圖像讀取方法介紹了全光柵模式，但是也可以通過滾動光柵模式進(jìn)行圖像讀取。
在根據(jù)第六實施例的固態(tài)圖像傳感器中，自對準(zhǔn)接觸用做襯底接觸，但是該自對準(zhǔn)接觸可用在其它實施例中。
權(quán)利要求
1.一種固態(tài)圖像傳感器，包括在行方向和列方向排列的多個像素單元，每個像素單元包括光電轉(zhuǎn)換器、用于傳輸由光電轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的信號的第一晶體管、用于放大該信號的第二晶體管、用于使第二晶體管的輸入端復(fù)位的第三晶體管、以及用于讀取由第二晶體管輸出的信號的第四晶體管；在行方向延伸的多個第一信號線，每個第一信號線連接到在行方向排列的像素單元的第一晶體管的柵極；和在行方向延伸的多個第二信號線，每個第二信號線連接到在行方向排列的像素單元的第四晶體管的柵極，連接到第n行的像素單元的第一晶體管的柵極的第一信號線和連接到第n+1行像素單元的第四晶體管的柵極的第二信號線由公共信號線形成，和在互相對應(yīng)的每對第n行和第n+1行像素單元中，在同一導(dǎo)電層的一個連續(xù)圖形中形成第n行像素單元的第一晶體管的柵極和第n+1行像素單元的第四晶體管的柵極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的固態(tài)圖像傳感器，還包括在行方向延伸的多個第三信號線，每個第三信號線連接到在行方向排列的像素單元的第三晶體管的柵極；在列方向延伸的多個第四信號線，每個第四信號線用于給在列方向排列的像素單元的第二晶體管和第三晶體管施加復(fù)位電壓；和在列方向延伸的多個第五信號線，每個第五信號線用于從在列方向排列的像素單元的第四晶體管讀取信號，由第一金屬互連層形成的第一信號線和第二信號線的公共信號線，由第二金屬互連層形成的第三信號線，由第三金屬互連層形成的第四信號線和第五信號線。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的固態(tài)圖像傳感器，其中連接到第n行像素單元的第一信號線，和連接到第n+1行像素單元、第n行像素的第一晶體管的柵極，以及第n+1行的第四晶體管的柵極的第二信號線，形成在所述導(dǎo)電層的一個連續(xù)圖形中。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的固態(tài)圖像傳感器，還包括在行方向延伸的多個第三信號線，每個第三信號線連接到在行方向排列的像素單元的第三晶體管的柵極；在列方向延伸的多個第四信號線，每個第四信號線用于給在列方向排列的像素單元的第二晶體管和第三晶體管施加復(fù)位電壓；和在列方向延伸的多個第五信號線，每個第五信號線用于從在列方向排列的像素單元的第四晶體管讀取信號，由第一金屬互連層形成的第三信號線，由第二金屬互連層形成的第四信號線和第五信號線。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的固態(tài)圖像傳感器，其中光電轉(zhuǎn)換器和第一晶體管在行方向互相相鄰，第二晶體管和第三晶體管在列方向互相相鄰，和第一晶體管的柵極和第四晶體管的柵極在列方向延伸。
6.一種固態(tài)圖像傳感器，包括在行方向和列方向排列的多個像素單元，每個像素單元包括光電轉(zhuǎn)換器、用于傳輸由光電轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的信號的第一晶體管、用于放大該信號的第二晶體管、用于使第二晶體管的輸入端復(fù)位的第三晶體管、以及用于讀取由第二晶體管輸出的信號的第四晶體管；在行方向延伸的多個第一信號線，每個第一信號線連接到在行方向排列的像素單元的第三晶體管的柵極；和在行方向延伸的多個第二信號線，每個第二信號線連接到在行方向排列的像素單元的第四晶體管的柵極，連接到第n行的像素單元的第三晶體管的柵極的第一信號線，和連接到第n+1行像素單元的第四晶體管的柵極的第二信號線由公共信號線形成，和在互相對應(yīng)的每對第n行和第n+1行像素單元中，在同一導(dǎo)電層的一個連續(xù)圖形中形成第n行像素單元的第三晶體管的柵極和第n+1行像素單元的第四晶體管的柵極。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的固態(tài)圖像傳感器，還包括在行方向延伸的多個第三信號線，每個第三信號線連接到在行方向排列的像素單元的第三晶體管的柵極；在列方向延伸的多個第四信號線，每個第四信號線給在列方向排列的像素單元的第二晶體管和第三晶體管施加復(fù)位電壓；和在列方向延伸的多個第五信號線，每個第五信號線從在列方向排列的像素單元的第四晶體管讀取信號，由第一金屬互連層形成的第一信號線和第二信號線的公共信號線，由第二金屬互連層形成的第四信號線和第五信號線，由第三金屬互連層形成的第三信號線。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的固態(tài)圖像傳感器，其中連接到第n行像素單元的第一信號線和連接到第n+1行像素單元、第n行像素的第一晶體管的柵極以及第n+1行的第四晶體管的柵極的第二信號線形成在所述導(dǎo)電層的一個連續(xù)圖形中。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的固態(tài)圖像傳感器，還包括在行方向延伸的多個第三信號線，每個第三信號線連接到在行方向排列的像素單元的第一晶體管的柵極；在列方向延伸的多個第四信號線，每個第四信號線用于給在列方向排列的像素單元的第二晶體管和第三晶體管施加復(fù)位電壓；和在列方向延伸的多個第五信號線，每個第五信號線用于從在列方向排列的像素單元的第四晶體管讀取信號，由第一金屬互連層形成的第三信號線，由第二金屬互連層形成的第四信號線和第五信號線。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的固態(tài)圖像傳感器，其中光電轉(zhuǎn)換器和第一晶體管在列方向互相相鄰，第二晶體管、第三晶體管和第四晶體管在列方向互相相鄰，和第一晶體管的柵極、第二晶體管的柵極、第三晶體管的柵極和第四晶體管的柵極在行方向延伸。
11.根據(jù)權(quán)利要求6的固態(tài)圖像傳感器，其中光電轉(zhuǎn)換器和第一晶體管在列方向互相相鄰，第二晶體管、第三晶體管和第四晶體管在列方向互相相鄰，和第一晶體管的柵極、第二晶體管的柵極、第三晶體管的柵極和第四晶體管的柵極在行方向延伸。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的固態(tài)圖像傳感器，其中其中形成光電轉(zhuǎn)換器和第一晶體管的第一區(qū)和其中形成第二到第四晶體管的第二區(qū)在行方向互相相鄰。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的固態(tài)圖像傳感器，其中其中形成光電轉(zhuǎn)換器和第一晶體管的第一區(qū)和其中形成第二到第四晶體管的第二區(qū)在行方向互相相鄰。
14.根據(jù)權(quán)利要求10的固態(tài)圖像傳感器，其中其中形成光電轉(zhuǎn)換器和第一晶體管的第一區(qū)和其中形成第二到第四晶體管的第二區(qū)相對于對角線互相相鄰。
15.根據(jù)權(quán)利要求11的固態(tài)圖像傳感器，其中其中形成光電轉(zhuǎn)換器和第一晶體管的第一區(qū)和其中形成第二到第四晶體管的第二區(qū)相對于對角線互相相鄰。
16.根據(jù)權(quán)利要求10的固態(tài)圖像傳感器，還包括有源區(qū)，其中第一晶體管的漏區(qū)和第三晶體管的源區(qū)具有在行方向伸長的圖形。
17.根據(jù)權(quán)利要求11的固態(tài)圖像傳感器，還包括有源區(qū)，其中第一晶體管的漏區(qū)和第三晶體管的源區(qū)具有在行方向伸長的圖形。
18.一種固態(tài)圖像傳感器，包括在行方向和列方向排列的多個像素單元，每個像素單元包括光電轉(zhuǎn)換器、用于傳輸由光電轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的信號的第一晶體管、用于放大該信號的第二晶體管、用于使第二晶體管的輸入端復(fù)位的第三晶體管、以及用于讀取由第二晶體管輸出的信號的第四晶體管；在行方向延伸的多個第一信號線，每個第一信號線連接到在行方向排列的像素單元的第一晶體管的柵極；和在行方向延伸的多個第二信號線，每個第二信號線連接到在行方向排列的像素單元的第三晶體管的柵極，連接到第n行的像素單元的第一晶體管的柵極的第一信號線和連接到第n+1行像素單元的第三晶體管的柵極的第二信號線由公共信號線形成，和在互相對應(yīng)的每對第n行和第n+1行像素單元中，在同一導(dǎo)電層的一個連續(xù)圖形中形成第n行像素單元的第一晶體管的柵極和第n+1行像素單元的第三晶體管的柵極。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的固態(tài)圖像傳感器，其中光電轉(zhuǎn)換器和第一晶體管在行方向互相相鄰，第二晶體管、第三晶體管和第四晶體管在行方向互相相鄰，和第一晶體管的柵極、第二晶體管的柵極、第三晶體管的柵極和第四晶體管的柵極在列方向延伸。
20.根據(jù)權(quán)利要求18的固態(tài)圖像傳感器，還包括在行方向延伸的多個第三信號線，每個第三信號線連接到在行方向排列的像素單元的第四晶體管的柵極；在列方向延伸的多個第四信號線，每個第四信號線給在列方向排列的像素單元的第二晶體管和第三晶體管施加復(fù)位電壓；和在列方向延伸的多個第五信號線，每個第五信號線從在列方向排列的像素單元的第四晶體管讀取信號，第四信號線和第五信號線由第一金屬互連層形成，和第一信號線和第二信號線的公共信號線以及第三信號線由第二金屬互連層形成。
21.根據(jù)權(quán)利要求4的固態(tài)圖像傳感器，還包括由第三金屬互連層形成的光屏蔽膜。
22.根據(jù)權(quán)利要求9的固態(tài)圖像傳感器，還包括由第三金屬互連層形成的光屏蔽膜。
23.根據(jù)權(quán)利要求20的固態(tài)圖像傳感器，還包括由第三金屬互連層形成的光屏蔽膜。
24.根據(jù)權(quán)利要求1的固態(tài)圖像傳感器，還包括互連第三晶體管的源極端和第二晶體管的柵極端的金屬互連，該金屬互連的寬度在第一晶體管的漏區(qū)和第三晶體管的源區(qū)上方的區(qū)域中選擇增加。
25.根據(jù)權(quán)利要求6的固態(tài)圖像傳感器，還包括互連第三晶體管的源極端和第二晶體管的柵極端的金屬互連，該金屬互連的寬度在第一晶體管的漏區(qū)和第三晶體管的源區(qū)上方的區(qū)域中選擇增加。
26.根據(jù)權(quán)利要求18的固態(tài)圖像傳感器，還包括互連第三晶體管的源極端和第二晶體管的柵極端的金屬互連，該金屬互連的寬度在第一晶體管的漏區(qū)和第三晶體管的源區(qū)上方的區(qū)域中選擇增加。
27.一種固態(tài)圖像傳感器，包括多個像素單元，每個像素單元包括光電轉(zhuǎn)換器、用于傳輸由光電轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的信號的第一晶體管、用于放大該信號的第二晶體管、用于使第二晶體管的輸入端復(fù)位的第三晶體管、以及用于讀取由第二晶體管輸出的信號的第四晶體管，光電轉(zhuǎn)換器和第一晶體管在列方向互相相鄰，第二晶體管、第三晶體管和第四晶體管在列方向互相相鄰，第一晶體管的柵極、第二晶體管的柵極、第三晶體管的柵極和第四晶體管的柵極在行方向延伸，和第一區(qū)域和第二區(qū)域互相相對對角地形成，其中光電轉(zhuǎn)換器和第一晶體管形成在第一區(qū)域中，第二到第四晶體管形成在第二區(qū)域中。
28.根據(jù)權(quán)利要求1的固態(tài)圖像傳感器，其中打開到第三晶體管的源區(qū)的接觸孔、和打開到第三晶體管的漏區(qū)的接觸孔和/或打開到第四晶體管的源區(qū)的接觸孔通過與柵極自對準(zhǔn)形成。
29.根據(jù)權(quán)利要求6的固態(tài)圖像傳感器，其中打開到第三晶體管的源區(qū)的接觸孔、和打開到第三晶體管的漏區(qū)的接觸孔和/或打開到第四晶體管的源區(qū)的接觸孔通過與柵極自對準(zhǔn)形成。
30.根據(jù)權(quán)利要求18的固態(tài)圖像傳感器，其中打開到第三晶體管的源區(qū)的接觸孔、和打開到第三晶體管的漏區(qū)的接觸孔和/或打開到第四晶體管的源區(qū)的接觸孔通過與柵極自對準(zhǔn)形成。
31.根據(jù)權(quán)利要求27的固態(tài)圖像傳感器，其中打開到第三晶體管的源區(qū)的接觸孔、和打開到第三晶體管的漏區(qū)的接觸孔和/或打開到第四晶體管的源區(qū)的接觸孔通過與柵極自對準(zhǔn)形成。
32.根據(jù)權(quán)利要求1的固態(tài)圖像傳感器，其中在互相對角設(shè)置的第n行像素和第n+1行像素中，第n行像素的第一晶體管的柵極和第n+1行像素的第四晶體管的柵極形成在所述導(dǎo)電層的一個連續(xù)圖形中。
33.一種用于固態(tài)圖像傳感器的圖像讀取方法，該固態(tài)圖像傳感器包括在行方向和列方向排列的多個像素單元，每個像素單元包括光電轉(zhuǎn)換器、用于傳輸由光電轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的信號的第一晶體管、用于放大該信號的第二晶體管、用于使第二晶體管的輸入端復(fù)位的第三晶體管、以及用于讀取由第二晶體管輸出的信號的第四晶體管；在行方向延伸的多個第一信號線，每個第一信號線連接到在行方向排列的像素單元的第一晶體管的柵極；和在行方向延伸的多個第二信號線，每個第二信號線連接到在行方向排列的像素單元的第四晶體管的柵極，連接到第n行的像素單元的第一晶體管的柵極的第一信號線和連接到第n+1行像素單元的第四晶體管的柵極的第二信號線由公共信號線形成，該方法包括以下步驟使所有行中的光電轉(zhuǎn)換器和第二晶體管全部復(fù)位；光電檢測時間周期之后，在所有行中將來自光電轉(zhuǎn)換器的電荷經(jīng)第一晶體管全部傳輸給第二晶體管的柵極端；和在每個行中讀取信號和讀取復(fù)位電壓。
34.一種用于固態(tài)圖像傳感器的圖像讀取方法，該固態(tài)圖像傳感器包括在行方向和列方向排列的多個像素單元，每個像素單元包括光電轉(zhuǎn)換器、用于傳輸由光電轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的信號的第一晶體管、用于放大該信號的第二晶體管、用于使第二晶體管的輸入端復(fù)位的第三晶體管、以及用于讀取由第二晶體管輸出的信號的第四晶體管；在行方向延伸的多個第一信號線，每個第一信號線連接到在行方向排列的像素單元的第三晶體管的柵極；和在行方向延伸的多個第二信號線，每個第二信號線連接到在行方向排列的像素單元的第四晶體管的柵極，連接到第n行的像素單元的第三晶體管的柵極的第一信號線和連接到第n+1行像素單元的第四晶體管的柵極的第二信號線由公共信號線形成，該方法包括以下步驟使所有行中的光電轉(zhuǎn)換器和第二晶體管全部復(fù)位；光電檢測時間周期之后，在所有行中將來自光電轉(zhuǎn)換器的電荷經(jīng)第一晶體管全部傳輸給第二晶體管的柵極端；和在每個行中讀取信號和讀取復(fù)位電壓。
35.一種用于固態(tài)圖像傳感器的圖像讀取方法，該固態(tài)圖像傳感器包括在行方向和列方向排列的多個像素單元，每個像素單元包括光電轉(zhuǎn)換器、用于傳輸由光電轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的信號的第一晶體管、用于放大該信號的第二晶體管、用于使第二晶體管的輸入端復(fù)位的第三晶體管、以及用于讀取由第二晶體管輸出的信號的第四晶體管；在行方向延伸的多個第一信號線，每個第一信號線連接到在行方向排列的像素單元的第三晶體管的柵極；和在行方向延伸的多個第二信號線，每個第二信號線連接到在行方向排列的像素單元的第四晶體管的柵極，連接到第n行的像素單元的第三晶體管的柵極的第一信號線和連接到第n+1行像素單元的第四晶體管的柵極的第二信號線由公共信號線形成，該方法包括以下步驟使所有行中的光電轉(zhuǎn)換器和第二晶體管全部復(fù)位；光電檢測時間周期之后，在所有行中將來自光電轉(zhuǎn)換器的電荷經(jīng)第一晶體管全部傳輸給第二晶體管的柵極端；和讀取信號和讀取比每行中的第一復(fù)位電壓高的復(fù)位電壓。
36.根據(jù)權(quán)利要求33的圖像讀取方法，其中使光電轉(zhuǎn)換器和第二晶體管復(fù)位的步驟以及將電荷傳輸給第二晶體管的柵極端的步驟是利用與外圍電路切斷的信號讀取線進(jìn)行的。
37.根據(jù)權(quán)利要求34的圖像讀取方法，其中使光電轉(zhuǎn)換器和第二晶體管復(fù)位的步驟以及將電荷傳輸給第二晶體管的柵極端的步驟是利用與外圍電路切斷的信號讀取線進(jìn)行的。
38.根據(jù)權(quán)利要求35的圖像讀取方法，其中使光電轉(zhuǎn)換器和第二晶體管復(fù)位的步驟以及將電荷傳輸給第二晶體管的柵極端的步驟是利用與外圍電路切斷的信號讀取線進(jìn)行的。
全文摘要
在包括4－Tr－像素的固態(tài)圖像傳感器中，連接到第n行像素單元的傳輸晶體管的柵極2文檔編號H04N5/369GK1490878SQ0315482
公開日2004年4月21日 申請日期2003年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2002年9月2日
發(fā)明者大川成實 申請人:富士通株式會社